FR3057023A1 - TWO-DUCT EXHAUST SYSTEM FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH COOLANT FLUID CORE - Google Patents
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Abstract
L'invention porte sur un système d'échappement de gaz de combustion évacués d'un moteur à combustion interne, le système comprenant deux conduits aval (4) d'échappement en parallèle sortant d'un collecteur d'échappement (5) respectif, chaque collecteur d'échappement (5) étant destiné à être relié par un conduit amont à une soupape respective pour chaque cylindre du moteur, le système d'échappement comprenant au moins un noyau de fluide (13, 14, 15) caloporteur pour le refroidissement d'au moins un des deux collecteurs d'échappement (5). Le système comprend un noyau de fluide dit intermédiaire (15) intercalé au moins partiellement entre les deux collecteurs (5) et recouvrant au moins partiellement une face d'un des deux collecteurs (5) d'où partent les conduits aval (4). L'invention porte aussi sur un procédé de montage des noyaux de fluide (13 à 15) respectivement inférieur, supérieur et intermédiaire dans un tel système d'échappement et un ensemble moteur comprenant un tel système d'échappement.The invention relates to a system for exhausting combustion gases discharged from an internal combustion engine, the system comprising two parallel downstream exhaust pipes (4) emerging from a respective exhaust manifold (5), each exhaust manifold (5) being intended to be connected by an upstream duct to a respective valve for each cylinder of the engine, the exhaust system comprising at least one heat-exchange fluid core (13, 14, 15) for cooling at least one of the two exhaust manifolds (5). The system comprises an intermediate fluid core (15) interposed at least partially between the two collectors (5) and covering at least partially a face of one of the two collectors (5) from which the downstream conduits (4) depart. The invention also relates to a method for mounting the fluid cores (13 to 15) respectively lower, upper and intermediate in such an exhaust system and an engine assembly comprising such an exhaust system.
Description
Titulaire(s) : PEUGEOT CITROEN AUTOMOBILES SA Société anonyme.Holder (s): PEUGEOT CITROEN AUTOMOBILES SA Société anonyme.
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Mandataire(s) : PEUGEOT CITROEN AUTOMOBILES SA Société anonyme.Agent (s): PEUGEOT CITROEN AUTOMOBILES SA Public limited company.
SYSTEME D'ECHAPPEMENT A DEUX CONDUITS POUR MOTEUR A COMBUSTION INTERNE AVEC NOYAU DE FLUIDE CALOPORTEUR.TWO-DUCT EXHAUST SYSTEM FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH A HEATER FLUID CORE.
FR 3 057 023 - A1 (5/) L'invention porte sur un système d'échappement de gaz de combustion évacués d'un moteur à combustion interne, le système comprenant deux conduits aval (4) d'échappement en parallèle sortant d'un collecteur d'échappement (5) respectif, chaque collecteur d'échappement (5) étant destiné à être relié par un conduit amont à une soupape respective pour chaque cylindre du moteur, le système d'échappement comprenant au moins un noyau de fluide (13, 14, 15) caloporteur pour le refroidissement d'au moins un des deux collecteurs d'échappement (5). Le système comprend un noyau de fluide dit intermédiaire (15) intercalé au moins partiellement entre les deux collecteurs (5) et recouvrant au moins partiellement une face d'un des deux collecteurs (5) d'où partent les conduits aval (4).FR 3 057 023 - A1 (5 /) The invention relates to an exhaust system for combustion gases discharged from an internal combustion engine, the system comprising two downstream exhaust pipes (4) in parallel coming out of a respective exhaust manifold (5), each exhaust manifold (5) being intended to be connected by an upstream duct to a respective valve for each engine cylinder, the exhaust system comprising at least one fluid core ( 13, 14, 15) coolant for cooling at least one of the two exhaust manifolds (5). The system comprises a so-called intermediate fluid core (15) interposed at least partially between the two collectors (5) and covering at least partially one face of one of the two collectors (5) from which the downstream conduits (4) leave.
L'invention porte aussi sur un procédé de montage des noyaux de fluide (13 à 15) respectivement inférieur, supérieur et intermédiaire dans un tel système d'échappement et un ensemble moteur comprenant un tel système d'échappement.The invention also relates to a method for mounting the fluid cores (13 to 15) respectively lower, upper and intermediate in such an exhaust system and an engine assembly comprising such an exhaust system.
SYSTEME D’ECHAPPEMENT A DEUX CONDUITS POUR MOTEUR A COMBUSTION INTERNE AVEC NOYAU DE FLUIDE CALOPORTEUR [0001] L’invention porte sur un système d’échappement à deux conduits pour l’évacuation de gaz de combustion d’un moteur à combustion interne, le système comprenant un ou des noyaux de fluide caloporteur pour le refroidissement du système. L’invention porte aussi sur un procédé de montage des noyaux de fluide respectivement inférieur, supérieur et intermédiaire dans un tel système d’échappement et un ensemble moteur comprenant un tel système d’échappement.TWO-DUCT EXHAUST SYSTEM FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH HEATER FLUID CORE The invention relates to a two-pipe exhaust system for the evacuation of combustion gases from an internal combustion engine, the system comprising one or more cores of heat transfer fluid for cooling the system. The invention also relates to a method for mounting the respectively lower, upper and intermediate fluid cores in such an exhaust system and an engine assembly comprising such an exhaust system.
[0002] Un tel système d’échappement trouve une application particulière pour un ensemble moteur de véhicule automobile comprenant un turbocompresseur. Un des deux conduits d’échappement passe par une roue de récupération d’énergie dans une turbine du turbocompresseur tandis que l’autre conduit est monté en dérivation de la turbine. L’ensemble moteur peut comprendre aussi des accessoires au moteur à combustion interne comme une ligne de recirculation des gaz d’échappement à une admission d’air du moteur, cette ligne étant aussi connue sous l’acronyme ligne RGE, acronyme qui sera également utilisé dans ce qui suit pour la désigner.Such an exhaust system finds particular application for a motor vehicle engine assembly comprising a turbocharger. One of the two exhaust pipes passes through an energy recovery wheel in a turbine of the turbocharger while the other pipe is mounted in bypass of the turbine. The engine assembly may also include accessories to the internal combustion engine such as an exhaust gas recirculation line to an engine air intake, this line also being known by the acronym RGE line, an acronym which will also be used below to designate it.
[0003] Un système d’échappement à deux conduits est raccordé à une sortie du moteur turbocompressé, aussi appelé moteur suralimenté, pour une évacuation de gaz d’échappement issus de la combustion dans le moteur, ce moteur étant avantageusement mais pas uniquement un moteur à essence à quatre temps.A two-pipe exhaust system is connected to an outlet of the turbocharged engine, also called supercharged engine, for evacuation of exhaust gases from combustion in the engine, this engine being advantageously but not only an engine four-stroke petrol.
[0004] La figure 1 montre un ensemble moteur à essence suralimenté selon l’état de la technique le plus proche décrit notamment dans le document WO-A-2009/105463. Un tel ensemble moteur est connu sous la dénomination VEMB, abréviation de l’appellation anglo-saxonne de « Valve Event Modulated Boost >>, traduite en français par suralimentation contrôlée par distribution moteur.Figure 1 shows a supercharged gasoline engine assembly according to the closest prior art described in particular in document WO-A-2009/105463. Such an engine assembly is known under the name VEMB, abbreviation of the Anglo-Saxon designation of "Valve Event Modulated Boost", translated into French by supercharging controlled by engine distribution.
[0005] Le moteur turbocompressé comprend une turbine 2 et un compresseur 3. La turbine 2 est disposée en aval du collecteur 5 d’échappement dans le conduit d’échappement 4 tandis que le compresseur 3 est disposé en amont du collecteur d’admission d’air au moteur. La turbine 2 comprend une roue de turbine récupérant au moins partiellement une énergie cinétique créée dans les gaz d’échappement le traversant, l’organe rotatif ou roue de la turbine étant mis en rotation par les gaz d’échappement quittant le collecteur d’échappement. La turbine 2 entraîne le compresseur en étant solidaire de celui-ci par un axe, le compresseur 3 étant traversé par de l’air frais destiné à alimenter en air le moteur, air que le compresseur 3 comprime.The turbocharged engine comprises a turbine 2 and a compressor 3. The turbine 2 is arranged downstream of the exhaust manifold 5 in the exhaust duct 4 while the compressor 3 is arranged upstream of the intake manifold d air to the engine. The turbine 2 comprises a turbine wheel recovering at least partially a kinetic energy created in the exhaust gases passing through it, the rotary member or turbine wheel being rotated by the exhaust gases leaving the exhaust manifold . The turbine 2 drives the compressor by being integral with the latter by an axis, the compressor 3 being traversed by fresh air intended to supply air to the engine, air which the compressor 3 compresses.
[0006] A la sortie du compresseur 3, l’air qui est alors dénommé air de suralimentation est amené par la ligne d’alimentation en air vers un refroidisseur d’air de suralimentation 25 pour refroidir l’air sortant du compresseur 3. Sur cette ligne est aussi positionnée une vanne papillon 26 régulant le débit d’air dans le collecteur d’admission d’air du moteur formant l’entrée d’air du moteur.At the outlet of the compressor 3, the air which is then called charge air is brought by the air supply line to a charge air cooler 25 to cool the air leaving the compressor 3. On this line is also positioned a butterfly valve 26 regulating the air flow in the engine air intake manifold forming the engine air intake.
[0007] Du côté de l’échappement de l’ensemble moteur 1, à la sortie de la turbine 2, les gaz d’échappement évacués du moteur pénètrent dans le conduit d’échappement 9 du véhicule automobile après avoir traversé la turbine 2 puis traversent des moyens de dépollution 10 des gaz d’échappement, par exemple un ou des catalyseurs, notamment d’oxydation, de réduction ou trois voies associés ou non avec un filtre à particules. Un système de réduction catalytique sélective ou système RCS peut aussi être prévu dans le conduit d’échappement 9.On the exhaust side of the engine assembly 1, at the outlet of the turbine 2, the exhaust gases discharged from the engine enter the exhaust duct 9 of the motor vehicle after passing through the turbine 2 and then pass through exhaust gas depollution means 10, for example one or more catalysts, in particular oxidation, reduction or three ways, whether or not associated with a particle filter. A selective catalytic reduction system or RCS system can also be provided in the exhaust duct 9.
[0008] En ce qui concerne la diminution des pertes par pompage, ceci n’a pas donné entièrement satisfaction et les phénomènes de pompage perdurent toujours dans la turbine 2. II a été proposé d’utiliser une soupape de décharge à l’intérieur de la turbine. II a alors été proposé un système d’échappement pour un ensemble moteur à suralimentation contrôlée par distribution moteur à deux conduits d’échappement comme montré à la figure 1.As regards the reduction in pumping losses, this has not been entirely satisfactory and the pumping phenomena still persist in the turbine 2. It has been proposed to use a relief valve inside the turbine. An exhaust system has then been proposed for a supercharged engine assembly controlled by engine distribution with two exhaust ducts as shown in FIG. 1.
[0009] Le moteur à combustion thermique faisant partie de l’ensemble 1 dit à suralimentation contrôlée par distribution moteur présente au moins un cylindre, à la figure 1 trois cylindres. Chaque cylindre du moteur est muni d’une soupape d’admission et de deux soupapes d’échappement. Ces soupapes d’échappement sont associées sélectivement à un premier ou à un deuxième passage de sortie dans chaque cylindre et ouvrent et ferment sélectivement leur passage associé.The thermal combustion engine being part of the assembly 1 said with supercharging controlled by engine distribution has at least one cylinder, in Figure 1 three cylinders. Each engine cylinder has one intake valve and two exhaust valves. These exhaust valves are selectively associated with a first or second outlet passage in each cylinder and selectively open and close their associated passage.
[0010] II en va de même pour la soupape d’admission associée à un passage d’entrée dans chaque cylindre. Les deux passages de sortie de chaque cylindre qui sont fermés et ouverts séquentiellement par leur soupape d’échappement associée débouchent par des conduits amont sur un collecteur 5, 7 d’échappement différent alimentant chacun un conduit aval 4, 6 d’échappement dédié, les deux conduits aval 4, 6 d’échappement ne suivant pas le même parcours comme il va être détaillé ci-après. Le premier passage d’échappement de chaque cylindre est relié par un conduit amont 4a au premier collecteur 5 et le deuxième passage d’échappement est relié par un conduit amont 6a différent deuxième collecteur 7. Amont et aval sont pris en référence au premier ou au second collecteur 5, 7 d’échappement.The same goes for the intake valve associated with an inlet passage in each cylinder. The two outlet passages of each cylinder which are closed and opened sequentially by their associated exhaust valve open through upstream ducts on a different exhaust manifold 5, 7 each supplying a downstream duct 4, 6 dedicated exhaust, the two downstream exhaust pipes 4, 6 not following the same route as will be detailed below. The first exhaust passage of each cylinder is connected by an upstream conduit 4a to the first manifold 5 and the second exhaust passage is connected by an upstream conduit 6a different second manifold 7. Upstream and downstream are taken with reference to the first or the second exhaust manifold 5, 7.
[0011] Un ensemble moteur 1 dit à suralimentation contrôlée par distribution moteur comprend donc un premier conduit aval 4 dit d’échappement par la turbine 2 partant d’un premier collecteur 5 d’échappement et un deuxième conduit aval 6 dit de décharge partant d’un deuxième collecteur 7 d’échappement, les collecteurs 5, 7 d’échappement étant reliés chacun respectivement par des conduits amont 4a, 6a à une des deux séries de premiers ou deuxièmes passages d’échappement munis de leurs soupapes d’échappement fournies pour chaque cylindre.An engine assembly 1 said with supercharging controlled by engine distribution therefore comprises a first downstream conduit 4 said exhaust by the turbine 2 starting from a first exhaust manifold 5 and a second downstream conduit 6 said discharge starting from 'a second exhaust manifold 7, the exhaust manifolds 5, 7 being each connected respectively by upstream conduits 4a, 6a to one of the two series of first or second exhaust passages provided with their exhaust valves supplied for each cylinder.
[0012] Le premier conduit aval 4 aboutit à une face d’entrée de la turbine 2 du turbocompresseur en étant prolongé par un passage principal de détente à l’intérieur de la turbine 2 en logeant une roue de turbine permettant de récupérer l’énergie cinétique contenue dans les gaz d’échappement le traversant.The first downstream conduit 4 leads to an inlet face of the turbine 2 of the turbocharger by being extended by a main expansion passage inside the turbine 2 by housing a turbine wheel for recovering energy kinetics contained in the exhaust gases passing through it.
[0013] Le deuxième conduit aval 6 contourne la turbine 2 sans y pénétrer mais rejoint plus en aval de la turbine 2 un troisième conduit 9 extérieur à la turbine 2 et connecté à une face de sortie de la turbine 2 pour l’évacuation des gaz d’échappement du passage principal de détente ayant été en échange d’énergie avec la roue de turbine.The second downstream conduit 6 bypasses the turbine 2 without entering it but joins further downstream of the turbine 2 a third conduit 9 outside the turbine 2 and connected to an outlet face of the turbine 2 for the evacuation of gases exhaust from the main expansion passage having been in exchange for energy with the turbine wheel.
[0014] Il n’existe donc qu’un seul et unique conduit 9 d’échappement traversant des éléments de dépollution 10 placés en fin de système d’échappement. Il s’ensuit que, dans un tel ensemble moteur à suralimentation contrôlée par distribution moteur selon l’état de la technique, le deuxième conduit aval 6 n’a pas de prolongation pénétrant dans la turbine 2.There therefore exists only one and only one exhaust duct 9 passing through pollution control elements 10 placed at the end of the exhaust system. It follows that, in such an engine assembly with supercharging controlled by engine distribution according to the state of the art, the second downstream conduit 6 has no extension penetrating the turbine 2.
[0015] La fonction du premier conduit aval 4 dit conduit d’échappement par turbine est de permettre à un premier flux de gaz d’échappement de traverser la turbine 2 et son organe rotatif récupérateur d’énergie sous forme d’une roue pour fournir de la puissance au compresseur 3. La fonction du deuxième conduit aval 6 dit conduit de décharge et alimenté par un deuxième collecteur 7 d’échappement, différent et indépendant du premier collecteur 5 d’échappement du premier conduit aval 4, est de permettre à un deuxième flux de gaz d’échappement indépendant et différent du premier flux de contourner la turbine 2 et notamment sa roue et donc de décharger la turbine 2 du flux total de gaz d’échappement en diminuant le débit de gaz d’échappement la traversant par soustraction du deuxième flux au flux total.The function of the first downstream conduit 4, said exhaust duct by turbine, is to allow a first flow of exhaust gas to pass through the turbine 2 and its rotary energy-recovering member in the form of a wheel to provide power to the compressor 3. The function of the second downstream conduit 6, said discharge conduit and supplied by a second exhaust manifold 7, different and independent of the first exhaust manifold 5 of the first downstream conduit 4, is to allow a second flow of independent exhaust gas different from the first flow to bypass the turbine 2 and in particular its wheel and therefore to discharge the turbine 2 of the total flow of exhaust gas by reducing the flow of exhaust gas passing through it by subtraction from the second flow to the total flow.
[0016] Ceci permet de décharger et/ou contrôler la puissance de la turbine, comme le ferait en condition de fonctionnement classique de régulation de la charge moteur une soupape de décharge, élément connu précédemment de l’état de la technique pour un moteur turbocompressé. Cela permet notamment d’éviter le phénomène de pompage du moteur consistant essentiellement à un retour des gaz chauds vers l'entrée d'air d’admission.This allows to discharge and / or control the power of the turbine, as would do in conventional operating condition of engine load regulation a relief valve, previously known element of the prior art for a turbocharged engine . This in particular makes it possible to avoid the pumping phenomenon of the engine consisting essentially of a return of the hot gases to the intake air inlet.
[0017] Pour un moteur turbocompressé classique, une soupape de décharge qui peut être interne ou externe à la turbine sert à limiter la pression des gaz d’échappement sur la roue de la turbine du turbocompresseur en ouvrant une dérivation des gaz d’échappement afin qu’ils ne passent plus par la turbine et sa roue. Une limitation de la vitesse de la roue de la turbine est donc obtenue, ce qui limite aussi la vitesse de rotation de la roue prévue dans le compresseur en étant solidaire de la roue de la turbine, d’où aussi une limitation de la compression de l’air d’admission.For a conventional turbocharged engine, a relief valve which can be internal or external to the turbine is used to limit the pressure of the exhaust gases on the turbine wheel of the turbocharger by opening a bypass of the exhaust gases so that they no longer pass through the turbine and its wheel. A limitation of the speed of the turbine wheel is therefore obtained, which also limits the speed of rotation of the wheel provided in the compressor by being integral with the turbine wheel, hence also a limitation of the compression of intake air.
[0018] Une soupape de décharge associée à une turbine pour la régulation du flux de gaz d’échappement la traversant n’est plus nécessaire avec un ensemble moteur à suralimentation contrôlée par distribution moteur présentant deux conduits d’échappement partant chacun d’un collecteur d’échappement respectif.A relief valve associated with a turbine for regulating the flow of exhaust gas passing therethrough is no longer necessary with a supercharged engine assembly controlled by engine distribution having two exhaust conduits each leaving a manifold respective exhaust.
[0019] Ainsi, un tel ensemble moteur permet d’améliorer l’efficacité du cycle moteur par la réduction du pompage moteur pendant la phase d’échappement d’un cycle quatretemps, ce qui a des répercussions favorables sur la consommation du moteur. Un meilleur contrôle de l’énergie récupérée par la turbine est donc effectué, ce qui implique une meilleure gestion de la charge du moteur.Thus, such an engine assembly makes it possible to improve the efficiency of the engine cycle by reducing the engine pumping during the exhaust phase of a four-stroke cycle, which has favorable repercussions on the consumption of the engine. Better control of the energy recovered by the turbine is therefore carried out, which implies better management of the engine load.
[0020] Un tel système à suralimentation contrôlée par distribution moteur a donné de très bons résultats mais est cependant confronté à deux problèmes qui sont, d’une part, le manque de place pour les deux conduits d’échappement amont à un collecteur d’échappement respectif et, d’autre part, la difficulté de refroidissement d’un système aussi compact. En effet, une culasse d’origine classique est en aluminium et le collecteur d’échappement est refroidi par un fluide caloporteur, avantageusement de l’eau. Pour un tel système, il faut générer de la place pour un deuxième collecteur d’échappement, ce qui diminue le volume disponible pour d’autres fonctions supportées par la culasse, comme la lubrification, la remontée de gaz et la circulation du fluide caloporteur.Such a supercharging system controlled by engine distribution has given very good results but is however faced with two problems which are, on the one hand, the lack of space for the two upstream exhaust ducts to a manifold. respective exhaust and, on the other hand, the difficulty of cooling such a compact system. Indeed, a classic cylinder head is made of aluminum and the exhaust manifold is cooled by a heat transfer fluid, advantageously water. For such a system, it is necessary to generate space for a second exhaust manifold, which decreases the volume available for other functions supported by the cylinder head, such as lubrication, gas lift and circulation of the heat transfer fluid.
[0021] De plus, il convient de refroidir aussi le deuxième collecteur d’échappement car les températures des gaz échappement restent toujours élevées pour ce deuxième collecteur. Il y a donc un besoin de noyaux de fluide caloporteur en quantité et en volume suffisants pour assurer ce refroidissement.In addition, it is also necessary to cool the second exhaust manifold because the temperatures of the exhaust gases always remain high for this second manifold. There is therefore a need for cores of heat transfer fluid in sufficient quantity and volume to ensure this cooling.
[0022] Dans l’état de la technique des moteurs à combustion interne qui ne sont pas dotés d’un système à suralimentation contrôlée par distribution moteur mais cependant dotés de deux collecteurs d’échappement, le document US-A-9 133 745 décrit un système d’échappement comprenant deux collecteurs distincts et un dispositif de refroidissement incorporé au système d’échappement. Le circuit de refroidissement comprend des noyaux de fluide caloporteur venant entourer les conduits de sorties des collecteurs d’échappement.In the state of the art of internal combustion engines which are not provided with a supercharging system controlled by engine distribution but which nevertheless have two exhaust manifolds, the document US-A-9 133 745 describes an exhaust system comprising two separate manifolds and a cooling device incorporated into the exhaust system. The cooling circuit includes cores of heat transfer fluid surrounding the exhaust manifold outlet conduits.
[0023] Toutefois les deux collecteurs sont respectivement associés à deux cylindres dans un moteur à 4 cylindres et non à une soupape d’échappement de chacun des cylindres. Chaque collecteur d’échappement divulgué dans ce document est alimenté par deux cylindres et non pas par des sorties d’échappement prévues sur chaque cylindre. De plus les cylindres du moteur décrit dans ce document ne sont pas chacun équipés de deux soupapes d’échappement.However, the two manifolds are respectively associated with two cylinders in a 4-cylinder engine and not with an exhaust valve of each of the cylinders. Each exhaust manifold disclosed in this document is powered by two cylinders and not by exhaust outlets provided on each cylinder. In addition, the engine cylinders described in this document are not each equipped with two exhaust valves.
[0024] Le circuit de refroidissement divulgué dans ce document se décompose en trois éléments : un noyau supérieur et un noyau de fluide inférieur superposés l’un à l’autre. De plus, un noyau intermédiaire vient se positionner entre les deux conduits d’échappement des deux collecteurs, le noyau intermédiaire étant destiné au refroidissement des deux conduits d’échappement principaux.The cooling circuit disclosed in this document is broken down into three elements: an upper core and a lower fluid core superimposed on each other. In addition, an intermediate core is positioned between the two exhaust ducts of the two manifolds, the intermediate core being intended for cooling the two main exhaust ducts.
[0025] Ce noyau intermédiaire se trouve prisonnier entre les noyaux supérieur et inférieur. Il en résulte une difficulté de montage de ce noyau intermédiaire dans le système d’échappement et une accessibilité difficile à ce noyau intermédiaire quand il est monté dans le système. De plus ce document n’est pas relatif à un système à suralimentation contrôlée par distribution moteur et donc n’est pas concerné par la même problématique.This intermediate core is trapped between the upper and lower cores. This results in difficulty in mounting this intermediate core in the exhaust system and difficult accessibility to this intermediate core when it is mounted in the system. In addition, this document does not relate to a system with supercharging controlled by engine distribution and therefore is not concerned with the same problem.
[0026] Par conséquent, le problème à la base de l’invention est de réaliser un dispositif de refroidissement efficace d’un système d’échappement à deux collecteurs d’échappement d’un ensemble moteur à suralimentation contrôlée par distribution moteur, le dispositif de refroidissement pouvant être comprendre des éléments de refroidissement déjà présents pour le système d’échappement.Therefore, the problem underlying the invention is to provide an efficient cooling device for an exhaust system with two exhaust manifolds of a supercharged engine assembly controlled by engine distribution, the device cooling may be comprised of cooling elements already present for the exhaust system.
[0027] Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l’invention un système d’échappement de gaz de combustion évacués d’un moteur à combustion interne, le système comprenant deux conduits aval d’échappement en parallèle sortant d’un collecteur d’échappement respectif, chaque collecteur d’échappement étant destiné à être relié par un conduit amont à une soupape respective pour chaque cylindre du moteur, le système d’échappement comprenant au moins un noyau de fluide caloporteur pour le refroidissement d’au moins un des deux collecteurs d’échappement, caractérisé en ce que le système comprend un noyau de fluide dit intermédiaire intercalé au moins partiellement entre les deux collecteurs d’échappement et recouvrant au moins partiellement une face de l’un des deux collecteurs d’échappement d’où partent les conduits aval.To achieve this objective, there is provided according to the invention a combustion gas exhaust system discharged from an internal combustion engine, the system comprising two downstream exhaust pipes in parallel leaving a manifold d respective exhaust, each exhaust manifold being intended to be connected by an upstream duct to a respective valve for each cylinder of the engine, the exhaust system comprising at least one core of heat transfer fluid for cooling at least one of the two exhaust manifolds, characterized in that the system comprises a so-called intermediate fluid core interposed at least partially between the two exhaust manifolds and covering at least partially a face of one of the two exhaust manifolds from which the downstream conduits leave.
[0028] L’effet technique est d’obtenir un meilleur refroidissement tout en gardant le système d’échappement de l’état de la technique le moins modifié possible. Il est connu d’utiliser des noyaux de fluide intermédiaire pour des systèmes d’échappement qui ne sont pas à suralimentation contrôlée par distribution moteur. Le système d’échappement selon la présente invention est reconnaissable comme étant à suralimentation contrôlée par distribution moteur, même pris séparément du moteur car il présente un conduit amont le reliant à chaque cylindre. Un tel arrangement n’est pas présenté par un système d’échappement qui n’est pas à suralimentation contrôlée par distribution moteur même s’il présente deux collecteurs d’échappement. Dans ce cas, ce sont des conduits amont conduisant à deux cylindres différents qui alimentent un premier collecteur d’échappement tandis que des conduits amont d’un ou d’autres cylindres alimentent un deuxième collecteur d’échappement.The technical effect is to obtain better cooling while keeping the exhaust system of the state of the art as little modified as possible. It is known to use intermediate fluid cores for exhaust systems which are not with supercharging controlled by engine distribution. The exhaust system according to the present invention is recognizable as being with supercharging controlled by engine distribution, even taken separately from the engine because it has an upstream duct connecting it to each cylinder. Such an arrangement is not presented by an exhaust system which is not with supercharging controlled by engine distribution even if it has two exhaust manifolds. In this case, it is upstream conduits leading to two different cylinders which supply a first exhaust manifold while upstream conduits of one or other cylinders supply a second exhaust manifold.
[0029] La problématique est donc différente. Les collecteurs d’échappement sont portés à une température plus élevée dans un système d’échappement à suralimentation contrôlée par distribution moteur que dans un système classique et le refroidissement doit être plus efficient. De plus, les conduits sont plus encombrants dans un tel système à suralimentation contrôlée par distribution moteur que dans un système classique.The problem is therefore different. The exhaust manifolds are brought to a higher temperature in an exhaust system with turbocharging controlled by engine distribution than in a conventional system and the cooling must be more efficient. In addition, the conduits are more bulky in such a system with supercharging controlled by engine distribution than in a conventional system.
[0030] L’utilisation d’un noyau de fluide intermédiaire permet de refroidir simultanément les deux collecteurs d’échappement et leurs conduits, chose que ne pouvaient faire des noyaux de fluide supérieur et inférieur dédiés respectivement au refroidissement d’un collecteur d’échappement supérieur ou d’un collecteur d’échappement inférieur. De plus le noyau de fluide intermédiaire recouvre et refroidit au moins partiellement une face des deux collecteurs d’échappement d’où partent les conduits aval. Cette face ne faisait pas fait l’objet d’un refroidissement dans l’état de la technique concernant un système d’échappement à suralimentation contrôlée par distribution moteur avec seulement des noyaux de fluide supérieur et inférieur, d’où une amélioration du refroidissement obtenu par la présente invention.The use of an intermediate fluid core makes it possible to cool the two exhaust manifolds and their conduits simultaneously, something that upper and lower fluid cores could not do respectively dedicated to the cooling of an exhaust manifold upper or lower exhaust manifold. In addition, the intermediate fluid core covers and at least partially cools one face of the two exhaust manifolds from which the downstream conduits leave. This face was not subject to cooling in the prior art relating to an exhaust system with turbocharging controlled by engine distribution with only upper and lower fluid cores, hence an improvement in the cooling obtained by the present invention.
[0031] Quand plusieurs noyaux de fluide sont utilisés, la solution proposée par la présente invention permet un nouveau découpage des noyaux de fluide afin de respecter les contraintes fonctionnelles, c’est-à-dire le refroidissement du système d’échappement et la place disponible limitée.When several fluid cores are used, the solution proposed by the present invention allows a new cutting of the fluid cores in order to respect the functional constraints, that is to say the cooling of the exhaust system and the place available limited.
[0032] Avantageusement, le noyau de fluide intermédiaire est positionné au moins partiellement en face des collecteurs d’échappement en vis-à-vis des deux conduits aval d’échappement en faisant saillie d’entre les deux collecteurs d’échappement. Un positionnement au moins partiellement en face veut dire que le noyau de fluide intermédiaire est positionné en vis-à-vis des collecteurs d’échappement en n’étant pas seulement intercalé entre les collecteurs d’échappement. Par exemple, quand les collecteurs d’échappement sont superposés, le noyau de fluide intermédiaire peut s’étendre au moins partiellement dans la hauteur des deux collecteurs d’échappement superposés. Les faces des collecteurs d’échappement visées par un tel positionnement du noyau de fluide intermédiaire sont avantageusement les faces des collecteurs d’échappement qui sont opposées et donc les plus éloignées d’une culasse de l’ensemble moteur.Advantageously, the intermediate fluid core is positioned at least partially opposite the exhaust manifolds vis-à-vis the two downstream exhaust ducts projecting from between the two exhaust manifolds. Positioning at least partially opposite means that the intermediate fluid core is positioned opposite the exhaust manifolds, not only being interposed between the exhaust manifolds. For example, when the exhaust manifolds are stacked, the intermediate fluid core can extend at least partially in the height of the two stacked exhaust manifolds. The faces of the exhaust manifolds targeted by such a positioning of the intermediate fluid core are advantageously the faces of the exhaust manifolds which are opposite and therefore the most distant from a cylinder head of the engine assembly.
[0033] Avantageusement, les deux collecteurs d’échappement sont disposés superposés l’un à l’autre en formant respectivement un collecteur d’échappement supérieur et un collecteur d’échappement inférieur, un noyau de fluide supérieur recouvrant le collecteur d’échappement supérieur et un noyau de fluide inférieur étant disposé sous le collecteur d’échappement inférieur.Advantageously, the two exhaust manifolds are arranged superimposed on one another, respectively forming an upper exhaust manifold and a lower exhaust manifold, an upper fluid core covering the upper exhaust manifold. and a lower fluid core being disposed under the lower exhaust manifold.
[0034] Ceci est la forme préférentielle de la présente invention avec la combinaison de trois noyaux de fluide, le noyau de fluide intermédiaire complétant l’action de refroidissement des noyaux de fluide supérieur et inférieur.This is the preferred form of the present invention with the combination of three fluid cores, the intermediate fluid core completing the cooling action of the upper and lower fluid cores.
[0035] Avantageusement, les noyaux de fluide supérieur et inférieur s’étendent aussi au moins partiellement contre les conduits amont des collecteurs d’échappement supérieur et inférieur.Advantageously, the upper and lower fluid cores also extend at least partially against the upstream conduits of the upper and lower exhaust manifolds.
[0036] Avantageusement, le conduit aval du collecteur d’échappement supérieur passe au-dessus du noyau de fluide intermédiaire et le conduit aval du collecteur d’échappement inférieur passe entre le noyau de fluide intermédiaire et le noyau de fluide inférieur.Advantageously, the downstream conduit of the upper exhaust manifold passes over the intermediate fluid core and the downstream conduit of the lower exhaust manifold passes between the intermediate fluid core and the lower fluid core.
[0037] Avantageusement, une portion recourbée du noyau de fluide intermédiaire est en appui contre une face des collecteurs d’échappement d’où partent les conduits aval ainsi que d’une portion du noyau de fluide supérieur en vis-à-vis des conduits aval des collecteurs d’échappement.Advantageously, a curved portion of the intermediate fluid core is in abutment against one face of the exhaust manifolds from which the downstream conduits leave, as well as a portion of the upper fluid core vis-à-vis the conduits downstream of the exhaust manifolds.
[0038] Avantageusement, les conduits amont des collecteurs d’échappement rentrent entre les noyaux de fluide supérieur et inférieur par un alésage respectif pratiqué dans une face inférieure du noyau de fluide inférieur et le noyau de fluide inférieur comporte un logement creux pour la réception d’au moins une partie du conduit aval du collecteur d’échappement inférieur.Advantageously, the upstream conduits of the exhaust manifolds enter between the upper and lower fluid cores by a respective bore made in a lower face of the lower fluid core and the lower fluid core comprises a hollow housing for receiving d 'at least part of the downstream duct of the lower exhaust manifold.
[0039] L’invention concerne un procédé de montage des noyaux de fluide respectivement inférieur, supérieur et intermédiaire d’un tel système d’échappement, le procédé comprenant les étapes suivantes :The invention relates to a method for mounting the respectively lower, upper and intermediate fluid cores of such an exhaust system, the method comprising the following steps:
- positionnement du noyau de fluide inférieur en dessous du collecteur d’échappement inférieur et des conduits amont de ce collecteur d’échappement inférieur,- positioning of the lower fluid core below the lower exhaust manifold and the upstream conduits of this lower exhaust manifold,
- positionnement du noyau de fluide supérieur au-dessus du collecteur d’échappement supérieur, les noyaux de fluide inférieur et supérieur laissant ouverte une fenêtre sur une face des collecteurs d’échappement d’où partent les conduits aval,- positioning of the upper fluid core above the upper exhaust manifold, the lower and upper fluid cores leaving a window open on one face of the exhaust manifolds from which the downstream conduits leave,
- positionnement du noyau de fluide intermédiaire entre les collecteurs d’échappement et contre la fenêtre en l’obturant entièrement.- positioning of the intermediate fluid core between the exhaust manifolds and against the window, closing it entirely.
[0040] Dans une culasse traditionnelle les noyaux de fluide caloporteur ont la fonction de refroidissement des parties chaudes de la culasse, à savoir plus particulièrement le conduit d’échappement et son collecteur d’échappement qui supportent une forte température. Il est utilisé un noyau de fluide inférieur et un noyau de fluide supérieur qui englobent parfaitement le collecteur d’échappement. Lors de la fabrication d’une culasse n’étant pas pour un système à suralimentation contrôlée par distribution moteur, les noyaux sont empilés dans une boite à noyaux en respectant l’ordre noyau de fluide inférieur, ensuite conduit et collecteur d’échappement et enfin noyau de fluide supérieur.In a traditional cylinder head the cores of heat transfer fluid have the function of cooling the hot parts of the cylinder head, namely more particularly the exhaust duct and its exhaust manifold which withstand a high temperature. A lower fluid core and an upper fluid core are used which perfectly encompass the exhaust manifold. When manufacturing a cylinder head that is not for a supercharging system controlled by engine distribution, the cores are stacked in a core box respecting the lower fluid core order, then conduit and exhaust manifold and finally upper fluid core.
[0041] La particularité de la culasse d’un système à suralimentation contrôlée par distribution moteur est qu’elle comporte deux conduits d’échappement distincts. Le problème rencontré est le refroidissement de ces deux conduits car les noyaux de fluide inférieur et supérieur ne suffisent plus au refroidissement complet des conduits d’échappement. La présente invention propose donc d’ajouter un troisième noyau de fluide dit intermédiaire. Ce noyau de fluide intermédiaire a été conçu pour être implanté latéralement dans une boîte à noyau et respecte ainsi le même procédé de montage que dans l’état de la technique en lui rajoutant en fin de procédé une étape de positionnement du noyau de fluide intermédiaire.The peculiarity of the cylinder head of a supercharging system controlled by engine distribution is that it has two separate exhaust ducts. The problem encountered is the cooling of these two conduits because the lower and upper fluid cores are no longer sufficient for the complete cooling of the exhaust conduits. The present invention therefore proposes adding a third so-called intermediate fluid core. This intermediate fluid core was designed to be installed laterally in a core box and thus respects the same mounting method as in the prior art by adding to it at the end of the process a step of positioning the intermediate fluid core.
[0042] L’invention concerne aussi un ensemble moteur comprenant un moteur à combustion interne, un système d’échappement avec une turbine d’un turbocompresseur comportant aussi un compresseur, caractérisé en ce que le système d’échappement est tel que précédemment mentionné en étant raccordé à chaque cylindre du moteur, chaque cylindre présentant des premier et deuxième passages de sortie pour une évacuation de gaz d’échappement issus de la combustion dans le moteur, le premier passage de sortie étant relié à un premier collecteur d’échappement tandis que le deuxième passage de sortie est relié à un deuxième collecteur d’échappement, le système comprenant un premier conduit aval d’échappement par la turbine partant du premier collecteur d’échappement et un deuxième conduit aval de décharge partant du deuxième collecteur d’échappement.The invention also relates to an engine assembly comprising an internal combustion engine, an exhaust system with a turbine of a turbocharger also comprising a compressor, characterized in that the exhaust system is as previously mentioned in being connected to each cylinder of the engine, each cylinder having first and second outlet passages for discharging exhaust gases from combustion in the engine, the first outlet passage being connected to a first exhaust manifold while the second outlet passage is connected to a second exhaust manifold, the system comprising a first downstream exhaust duct by the turbine starting from the first exhaust manifold and a second downstream discharge duct starting from the second exhaust manifold.
[0043] L’intérêt principal de la présente invention est d’améliorer la forme extérieure d’un moteur équipé d’un système à suralimentation contrôlée par distribution moteur tout en réduisant la complexité de réalisation de ce moteur et l’intégration de la façade échappement avec deux sorties d’échappement. L’application de la présente invention permet de réduire le coût du système de l’ordre de 30€ en ne nécessitant plus la présence d’un collecteur externe et de réaliser une économie de carburant car comme les conduits sont refroidis par un fluide caloporteur comme l’eau, il y a un moindre besoin d’enrichir la combustion du moteur pour retrouver des gaz échappement plus frais.The main interest of the present invention is to improve the external shape of an engine equipped with a supercharging system controlled by engine distribution while reducing the complexity of production of this engine and the integration of the facade exhaust with two exhaust outlets. The application of the present invention makes it possible to reduce the cost of the system on the order of € 30 by no longer requiring the presence of an external collector and to achieve fuel savings since, as the conduits are cooled by a heat transfer fluid such as water, there is less need to enrich the combustion of the engine to find cooler exhaust gases.
[0044] Avantageusement, le premier passage de sortie est muni d’une première soupape d’échappement et le deuxième passage de sortie d’une deuxième soupape d’échappement, les soupapes d’échappement ouvrant lors d’une phase d’échappement, et obturant séquentiellement leur passage associé.Advantageously, the first outlet passage is provided with a first exhaust valve and the second outlet passage with a second exhaust valve, the exhaust valves opening during an exhaust phase, and sequentially closing their associated passage.
[0045] Avantageusement, le premier collecteur est superposé au deuxième collecteur d’échappement.Advantageously, the first manifold is superimposed on the second exhaust manifold.
[0046] D’autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et au regard des dessins annexés donnés à titre d’exemples non limitatifs et sur lesquels :Other characteristics, objects and advantages of the present invention will appear on reading the detailed description which follows and with regard to the appended drawings given by way of nonlimiting examples and in which:
- la figure 1 est une représentation schématique d’un ensemble moteur turbocompressé à suralimentation contrôlée par distribution moteur comprenant un système d’échappement à deux conduits d’échappement partant de l’état de la technique le plus proche, un système d’échappement selon la présente invention pouvant cependant être intégré dans cet ensemble moteur,- Figure 1 is a schematic representation of a turbocharged engine assembly with supercharging controlled by engine distribution comprising an exhaust system with two exhaust ducts starting from the closest prior art, an exhaust system according to the present invention can however be integrated into this engine assembly,
- la figure 2 est une représentation schématique d’une vue en éclaté d’une portion d’un système d’échappement d’un ensemble moteur turbocompressé à suralimentation contrôlée par distribution moteur selon l’état de la technique,FIG. 2 is a schematic representation of an exploded view of a portion of an exhaust system of a turbocharged engine assembly with supercharging controlled by engine distribution according to the state of the art,
- la figure 3 est une représentation schématique d’une vue de dessus en perspective d’une portion du système d’échappement d’un ensemble moteur turbocompressé à suralimentation contrôlée par distribution moteur selon la présente invention, le système d’échappement présentant deux collecteurs d’échappement et trois noyaux de fluide de refroidissement,- Figure 3 is a schematic representation of a perspective view from above of a portion of the exhaust system of a turbocharged engine assembly with supercharging controlled by engine distribution according to the present invention, the exhaust system having two manifolds exhaust and three coolant cores,
- la figure 4 est une représentation schématique d’une vue en éclaté d’une portion du système d’échappement montré à la figure 3.- Figure 4 is a schematic representation of an exploded view of a portion of the exhaust system shown in Figure 3.
[0047] Il est à garder à l’esprit que les figures sont données à titre d'exemples et ne sont pas limitatives de l’invention. Elles constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier, les dimensions des différents éléments illustrés ne sont pas représentatives de la réalité.It should be borne in mind that the figures are given by way of examples and are not limitative of the invention. They constitute schematic representations of principle intended to facilitate the understanding of the invention and are not necessarily at the scale of practical applications. In particular, the dimensions of the various elements illustrated are not representative of reality.
[0048] Dans ce qui va suivre, il est fait référence à toutes les figures prises en combinaison. Quand il est fait référence à une ou des figures spécifiques, ces figures sont à prendre en combinaison avec les autres figures pour la reconnaissance des références numériques désignées.In what follows, reference is made to all the figures taken in combination. When reference is made to one or more specific figures, these figures are to be taken in combination with the other figures for the recognition of the designated numerical references.
[0049] La figure 1 a déjà été détaillée dans la partie introductive de la présente demande de brevet.Figure 1 has already been detailed in the introductory part of this patent application.
[0050] La figure 2, tout en se référant aussi à la figure 1 pour les références relatives au système d’échappement, montre un système d’échappement d’un ensemble moteur turbocompressé à suralimentation contrôlée par distribution moteur selon l’état de la technique. Un tel système d’échappement comprend deux conduits aval 4, 6 d’échappement en parallèle sortant d’un collecteur d’échappement 5, 7 respectif. Chaque collecteur d’échappement 5, 7 est destiné à être relié par un conduit amont 4a, 6a à une soupape respective pour chaque cylindre du moteur. Les conduits amont 4a, 6a sont donc les conduits d’entrée de gaz d’échappement dans les collecteurs d’échappement 5, 7 tandis que les conduits aval 4, 6 sont les conduits de sortie de gaz d’échappement des collecteurs d’échappement 5, 7.Figure 2, while also referring to Figure 1 for references relating to the exhaust system, shows an exhaust system of a turbocharged engine assembly with supercharging controlled by engine distribution according to the state of the technical. Such an exhaust system comprises two downstream exhaust pipes 4, 6 in parallel leaving a respective exhaust manifold 5, 7. Each exhaust manifold 5, 7 is intended to be connected by an upstream conduit 4a, 6a to a respective valve for each cylinder of the engine. The upstream conduits 4a, 6a are therefore the exhaust gas inlet conduits in the exhaust manifolds 5, 7 while the downstream conduits 4, 6 are the exhaust gas outlet conduits in the exhaust manifolds 5, 7.
[0051] Par collecteur d’échappement 5, 7, il y a autant de conduits amont 4a, 6a d’échappement qu’il y a de cylindres dans le moteur et il y a un conduit aval 4,6 d’échappement par collecteur d’échappement 5, 7.By exhaust manifold 5, 7, there are as many upstream conduits 4a, 6a exhaust as there are cylinders in the engine and there is a downstream conduit 4.6 exhaust per collector exhaust 5, 7.
[0052] Comme les gaz d’échappement sont chauds, il convient de refroidir au moins en partie le système d’échappement et notamment les collecteurs d’échappement 5, 7 et leurs conduits amont 4a, 6a. Ceci est fait par au moins un noyau de fluide 13, 14 caloporteur pour le refroidissement d’au moins l’un des deux collecteurs d’échappement 5, 7.As the exhaust gases are hot, it is necessary to cool the exhaust system at least in part, in particular the exhaust manifolds 5, 7 and their upstream conduits 4a, 6a. This is done by at least one coolant core 13, 14 for cooling at least one of the two exhaust manifolds 5, 7.
[0053] A la figure 2, il y a deux noyaux de fluide 13, 14 caloporteur qui entourent partiellement les collecteurs d’échappement 5, 7. De manière générale, les deux collecteurs d’échappement 5, 7 peuvent être disposés superposés l’un à l’autre en formant respectivement un collecteur d’échappement supérieur et un collecteur d’échappement inférieur. Un noyau de fluide supérieur 13 recouvre alors le collecteur d’échappement supérieur et un noyau de fluide inférieur 14 est disposé sous le collecteur d’échappement inférieur.In Figure 2, there are two fluid cores 13, 14 coolant which partially surround the exhaust manifolds 5, 7. In general, the two exhaust manifolds 5, 7 can be arranged superimposed the to each other by respectively forming an upper exhaust manifold and a lower exhaust manifold. An upper fluid core 13 then covers the upper exhaust manifold and a lower fluid core 14 is disposed under the lower exhaust manifold.
[0054] En général, en se référant aux figures 1 et 2, le collecteur d’échappement supérieur est le premier collecteur 7 d’échappement montré à la figure 1 en dérivation de la turbine 2 et le collecteur d’échappement inférieur est le deuxième collecteur 5 dont le conduit aval 4 alimente en gaz d’échappement la turbine 2.In general, with reference to Figures 1 and 2, the upper exhaust manifold is the first exhaust manifold 7 shown in Figure 1 bypassing the turbine 2 and the lower exhaust manifold is the second manifold 5 whose downstream conduit 4 supplies exhaust gas to turbine 2.
[0055] Il s’est avéré qu’un tel dispositif de refroidissement avec des noyaux de fluide supérieur et inférieur 13, 14 était insuffisant pour le refroidissement des collecteurs d’échappement 5, 7. Particulièrement il est laissé une fenêtre 16 ouverte entre les deux noyaux de fluide sur une face des collecteurs d’échappement d’où partent les conduits aval en direction de la sortie du système d’échappement après avoir passé par la turbine ou après avoir été dérivé de la turbine.It turned out that such a cooling device with upper and lower fluid cores 13, 14 was insufficient for cooling the exhaust manifolds 5, 7. In particular, a window 16 is left open between the two fluid cores on one face of the exhaust manifolds from which the downstream conduits leave in the direction of the outlet of the exhaust system after having passed through the turbine or after having been derived from the turbine.
[0056] Pour palier à cet inconvénient, comme montré aux figures 3 et 4, en faisant référence à la figure 1 pour l’ensemble moteur en général, la présente invention qui reprend toutes les caractéristiques d’un système d’échappement à suralimentation contrôlée par distribution moteur, tout en rendant la présence des noyaux de fluide supérieur et inférieur 13, 14 optionnelle, prévoit d’utiliser un noyau de fluide dit intermédiaire 15 intercalé au moins partiellement entre les deux collecteurs d’échappement 5, 7 et recouvrant au moins partiellement une face de l’un des deux collecteurs d’échappement 5, 7 d’où partent les conduits aval 4, 6.To overcome this drawback, as shown in Figures 3 and 4, with reference to Figure 1 for the engine assembly in general, the present invention which incorporates all the characteristics of an exhaust system with controlled supercharging by engine distribution, while making the presence of the upper and lower fluid cores 13, 14 optional, plans to use a so-called intermediate fluid core 15 interposed at least partially between the two exhaust manifolds 5, 7 and covering at least partially a face of one of the two exhaust manifolds 5, 7 from which the downstream conduits 4, 6 leave.
[0057] Ce noyau de fluide intermédiaire 15 peut être utilisé unitairement mais il est plus favorable de l’utiliser en combinaison avec des noyaux de fluide supérieur et inférieur 13, 14, comme il est montré aux figures 3 et 4.This intermediate fluid core 15 can be used individually but it is more favorable to use it in combination with upper and lower fluid cores 13, 14, as shown in Figures 3 and 4.
[0058] Le noyau de fluide intermédiaire 15 peut recouvrir au moins partiellement une face des deux collecteurs d’échappement 5, 7 en vis-à-vis des deux conduits aval 4, 6 d’échappement en faisant saillie d’entre les deux collecteurs d’échappement 5, 7. Ainsi, ce noyau de fluide intermédiaire 15 assure un refroidissement entre les deux collecteurs d’échappement 5, 7 mais aussi dans la hauteur des deux collecteurs d’échappement 5, 7 sur la face d’où partent les conduits aval 4, 6 d’échappement.The intermediate fluid core 15 can at least partially cover one face of the two exhaust manifolds 5, 7 vis-à-vis the two downstream exhaust pipes 4, 6 projecting between the two manifolds exhaust 5, 7. Thus, this intermediate fluid core 15 provides cooling between the two exhaust manifolds 5, 7 but also in the height of the two exhaust manifolds 5, 7 on the face from which the downstream conduits 4, 6 exhaust.
[0059] C’est donc la face des deux collecteurs d’échappement 5, 7 supérieur et inférieur d’où partent les conduits aval 4, 6 d’échappement qui est de préférence recouverte par une portion recourbée 15a du noyau de fluide intermédiaire 15. Cette portion peut être recourbée d’environ 90° par rapport au reste du no^au de fluide intermédiaire 15. La face recouverte pourrait aussi seulement être le collecteur d’échappement inférieur 5 ou le collecteur d’échappement supérieur 7.It is therefore the face of the two upper and lower exhaust manifolds 5, 7 from which the downstream exhaust pipes 4, 6 leave, which is preferably covered by a curved portion 15a of the intermediate fluid core 15 This portion can be curved by approximately 90 ° relative to the rest of the intermediate fluid no. 15. The covered face could also only be the lower exhaust manifold 5 or the upper exhaust manifold 7.
[0060] Quand un noyau de fluide supérieur 13 est présent, la portion recourbée 15a du noyau de fluide intermédiaire 15 peut être en appui contre une portion du noyau de fluide supérieur 13 en vis-à-vis des conduits aval 4, 6 des collecteurs d’échappement 5, 7.When an upper fluid core 13 is present, the curved portion 15a of the intermediate fluid core 15 can be in abutment against a portion of the upper fluid core 13 facing the downstream conduits 4, 6 of the collectors exhaust 5, 7.
[0061] Dans le mode préférentiel de la présente invention, les deux collecteurs d’échappement 5, 7 peuvent être disposés superposés l’un à l’autre en formant respectivement un collecteur d’échappement supérieur 7 et un collecteur d’échappement inférieur 5. Un noyau de fluide supérieur 13 peut recouvrir le collecteur d’échappement supérieur 7 et un noyau de fluide inférieur 14 peut être disposé sous le collecteur d’échappement inférieur 5. Quand un noyau de fluide inférieur est présent, le noyau de fluide intermédiaire 15 peut reposer par sa portion recourbée sur le noyau inférieur.In the preferred embodiment of the present invention, the two exhaust manifolds 5, 7 can be arranged superimposed on each other by forming respectively an upper exhaust manifold 7 and a lower exhaust manifold 5 An upper fluid core 13 can cover the upper exhaust manifold 7 and a lower fluid core 14 can be placed under the lower exhaust manifold 5. When a lower fluid core is present, the intermediate fluid core 15 can rest by its curved portion on the lower core.
[0062] Les noyaux de fluide supérieur et inférieur 13, 14 peuvent s’étendre aussi au moins partiellement contre les conduits amont 4a, 6a des collecteurs d’échappement 5, 7 supérieur et inférieur.The upper and lower fluid cores 13, 14 can also extend at least partially against the upstream conduits 4a, 6a of the exhaust manifolds 5, 7 upper and lower.
[0063] Le conduit aval 6 du collecteur d’échappement supérieur 7 peut passer au-dessus du noyau de fluide intermédiaire 15. Le noyau de fluide intermédiaire 15 présente pour cela une première cavité creuse 18 pour le logement de ce conduit aval 6 du collecteur d’échappement 7. Le conduit aval 4 du collecteur d’échappement inférieur 5 peut passer entre le noyau de fluide intermédiaire 15 et le noyau de fluide inférieur 14.The downstream conduit 6 of the upper exhaust manifold 7 can pass over the intermediate fluid core 15. The intermediate fluid core 15 has for this a first hollow cavity 18 for housing this downstream conduit 6 of the manifold exhaust 7. The downstream conduit 4 of the lower exhaust manifold 5 can pass between the intermediate fluid core 15 and the lower fluid core 14.
[0064] De même, le noyau de fluide intermédiaire 15 présente pour cela une deuxième cavité 19 creuse pour le logement de ce conduit aval 4 du collecteur d’échappement inférieur 5. Le conduit aval 4 du collecteur d’échappement inférieur 5 est d’un diamètre supérieur au conduit aval 6 du collecteur d’échappement supérieur 7.Similarly, the intermediate fluid core 15 has for this a second hollow cavity 19 for housing this downstream conduit 4 of the lower exhaust manifold 5. The downstream conduit 4 of the lower exhaust manifold 5 is of a diameter greater than the downstream duct 6 of the upper exhaust manifold 7.
[0065] Les conduits amont 4a, 6a des collecteurs d’échappement 5, 7 peuvent rentrer entre les noyaux de fluide supérieur et inférieur 13, 14 par un alésage respectif pratiqué dans une face inférieure du noyau de fluide inférieur 14. Le noyau de fluide inférieur comporte un logement creux 19a pour la réception d’au moins une partie du conduit aval 4 du collecteur d’échappement inférieur 5, ce logement creux 19a étant associé à la deuxième cavité 19 creuse portée par le noyau de fluide intermédiaire 15, le logement creux 19a et la deuxième cavité 19 étant complémentaires pour entourer complètement une portion du conduit aval 4 du collecteur d’échappement inférieur 5.The upstream conduits 4a, 6a of the exhaust manifolds 5, 7 can enter between the upper and lower fluid cores 13, 14 by a respective bore made in a lower face of the lower fluid core 14. The fluid core lower comprises a hollow housing 19a for the reception of at least part of the downstream duct 4 of the lower exhaust manifold 5, this hollow housing 19a being associated with the second hollow cavity 19 carried by the intermediate fluid core 15, the housing hollow 19a and the second cavity 19 being complementary to completely surround a portion of the downstream conduit 4 of the lower exhaust manifold 5.
[0066] Quand le système d’échappement comprend des noyaux de fluide supérieur 13, intermédiaire 15 et inférieur 14, un procédé de montage des noyaux de fluide respectivement inférieur, supérieur et intermédiaire d’un système d’échappement peut être le suivant.When the exhaust system comprises upper 13, intermediate 15 and lower 14 fluid cores, a method of mounting the respectively lower, upper and intermediate fluid cores of an exhaust system can be as follows.
[0067] Il est tout d’abord effectué un positionnement du noyau de fluide inférieur 14 en dessous du collecteur d’échappement inférieur 5 et des conduits amont 4a de ce collecteur d’échappement inférieur 5. Les conduits amont 4a du collecteur d’échappement inférieur 5 peuvent être reçus dans des cavités respectives et le conduit aval 4 sortant du collecteur d’échappement inférieur 5 peut être reçu dans un logement creux 19a.It is firstly performed a positioning of the lower fluid core 14 below the lower exhaust manifold 5 and the upstream conduits 4a of this lower exhaust manifold 5. The upstream conduits 4a of the exhaust manifold lower 5 can be received in respective cavities and the downstream conduit 4 exiting from the lower exhaust manifold 5 can be received in a hollow housing 19a.
[0068] Il est effectué un positionnement du noyau de fluide supérieur 13 au-dessus du collecteur d’échappement supérieur 7. Le conduit aval 6 du collecteur d’échappement supérieur 7 fait saillie vers le haut en passant entre le noyau de fluide intermédiaire 15 et le noyau de fluide supérieur 13, le noyau de fluide intermédiaire 15 présentant une première cavité 18 en rapport avec ce conduit aval 6 du collecteur d’échappement supérieur 7.There is a positioning of the upper fluid core 13 above the upper exhaust manifold 7. The downstream conduit 6 of the upper exhaust manifold 7 projects upwardly passing between the intermediate fluid core 15 and the upper fluid core 13, the intermediate fluid core 15 having a first cavity 18 in relation to this downstream conduit 6 of the upper exhaust manifold 7.
[0069] Les noyaux de fluide inférieur et supérieur 13, 14 laissent alors ouverte une fenêtre, référencée 16 à la figure 2, sur une face des collecteurs d’échappement 5, 7 d’où partent les conduits aval 4, 6. Il est alors effectué un positionnement du noyau de fluide intermédiaire 15 au moins partiellement entre les collecteurs d’échappement 5, 7 et contre la fenêtre 16 en l’obturant entièrement. Le noyau de fluide intermédiaire 15 peut être en appui partiel latéral contre le noyau de fluide supérieur 13 et/ou reposer contre le noyau de fluide inférieur 14.The lower and upper fluid cores 13, 14 then leave a window open, referenced 16 in FIG. 2, on one face of the exhaust manifolds 5, 7 from which the downstream conduits 4, 6 start. then performed a positioning of the intermediate fluid core 15 at least partially between the exhaust manifolds 5, 7 and against the window 16 by closing it entirely. The intermediate fluid core 15 can be in partial lateral abutment against the upper fluid core 13 and / or rest against the lower fluid core 14.
[0070] L’invention concerne aussi un ensemble moteur 1 comprenant un moteur à combustion interne, un système d’échappement avec une turbine 2 d’un turbocompresseur comportant aussi un compresseur 3, caractérisé en ce que le système d’échappement est tel que précédemment mentionné en étant raccordé à chaque cylindre du moteur, chaque cylindre présentant des premier et deuxième passages de sortie pour une évacuation de gaz d’échappement issus de la combustion dans le moteur, le premier passage de sortie étant relié à un premier collecteur 5 d’échappement tandis que le second passage de sortie est relié à un deuxième collecteur 7 d’échappement.The invention also relates to an engine assembly 1 comprising an internal combustion engine, an exhaust system with a turbine 2 of a turbocharger also comprising a compressor 3, characterized in that the exhaust system is such that previously mentioned by being connected to each cylinder of the engine, each cylinder having first and second outlet passages for discharging exhaust gases from combustion in the engine, the first outlet passage being connected to a first manifold 5 d exhaust while the second outlet passage is connected to a second exhaust manifold 7.
[0071] Le système comprend un premier conduit aval 4 d’échappement par la turbine 2 partant du premier collecteur 5 d’échappement et un deuxième conduit aval 6 de décharge partant du second collecteur 7 d’échappement.The system comprises a first downstream exhaust pipe 4 for the turbine 2 starting from the first exhaust manifold 5 and a second downstream discharge pipe 6 starting from the second exhaust manifold 7.
[0072] Le premier passage de sortie peut être muni d’une première soupape d’échappement et le second passage de sortie d’une deuxième soupape d’échappement, les soupapes d’échappement ouvrant lors d’une phase d’échappement, et obturant séquentiellement leur passage associé.The first outlet passage can be provided with a first exhaust valve and the second outlet passage with a second exhaust valve, the exhaust valves opening during an exhaust phase, and sequentially closing their associated passage.
[0073] Chaque passage de sortie est donc muni d’une soupape d’échappement libérant ou obturant son passage séquentiellement en prenant une position d’ouverture ou une position de fermeture selon un angle de rotation du vilebrequin pendant respectivement une durée d’ouverture et une durée de fermeture. L’ouverture du second passage de sortie peut être déphasée par rapport à l’ouverture du premier passage de sortie.Each outlet passage is therefore provided with an exhaust valve releasing or closing its passage sequentially by taking an open position or a closed position at an angle of rotation of the crankshaft respectively for an opening period and a closing time. The opening of the second outlet passage may be out of phase with the opening of the first outlet passage.
[0074] Comme précédemment mentionné, le premier collecteur 5 peut être placé en dessous du second collecteur 7 d’échappement et est donc le collecteur inférieur d’échappement.As previously mentioned, the first manifold 5 can be placed below the second exhaust manifold 7 and is therefore the lower exhaust manifold.
[0075] Il est aussi fréquent de munir un ensemble moteur d’une ligne de recirculation des gaz d’échappement à l’admission d’air du moteur, aussi dénommée ligne RGE, une telle ligne étant référencée 11 à la figure 1. Il est en effet connu pour des moteurs thermiques à allumage commandé et à allumage par compression de faire recirculer les gaz d’échappement vers l’admission d’air du moteur thermique pour réduire les émissions d’oxydes d’azote. Un tel système est aussi connu sous l’acronyme anglo-saxon de EGR pour « Exhaust Gas recirculation >> ce qui signifie Recirculation des Gaz à l’Echappement.It is also common to provide an engine assembly with an exhaust gas recirculation line to the engine air intake, also called EGR line, such a line being referenced 11 in Figure 1. It is indeed known for combustion ignition and compression ignition combustion engines to recirculate the exhaust gases to the air intake of the combustion engine to reduce nitrogen oxide emissions. Such a system is also known by the acronym EGR for "Exhaust Gas recirculation" which means Exhaust Gas Recirculation.
[0076] Une ligne RGE 11 présente un piquage 12 sur le conduit d’échappement pour prélever une partie des gaz d’échappement de ce conduit ainsi qu’un refroidisseur 23 des gaz d’échappement traversant cette ligne 11, ces gaz étant alors très chauds. La ligne RGE 11 débouche sur l’admission d’air en amont du compresseur 3 qu’elle alimente. Une vanne 24 dite vanne RGE équipe la ligne RGE 11, avantageusement en aval du refroidisseur 23 RGE dans le sens d’écoulement des gaz de recirculation afin d’ouvrir ou de fermer la circulation des gaz vers l’admission.An EGR line 11 has a nozzle 12 on the exhaust duct to take off part of the exhaust gases from this duct as well as a cooler 23 for the exhaust gases crossing this line 11, these gases then being very hot. The RGE line 11 leads to the air intake upstream of the compressor 3 which it supplies. A valve 24, known as an EGR valve, equips the EGR line 11, advantageously downstream of the EGR cooler 23 in the direction of flow of the recirculation gases in order to open or close the circulation of the gases towards the inlet.
[0077] Pour tout type de ligne RGE 11, la recirculation des gaz d’échappement vers l’admission d’air du moteur thermique permet d’améliorer le rendement thermodynamique du moteur du fait de la réduction des transferts thermiques grâce à la réintroduction de gaz recyclés par la ligne RGE 11 dans le collecteur d’admission. Une telle recirculation peut permettre aussi une diminution de l’enrichissement lié à la température d’échappement et une diminution des pertes par pompage quand le moteur est associé à un turbocompresseur.For any type of EGR 11 line, the recirculation of the exhaust gases towards the air intake of the heat engine makes it possible to improve the thermodynamic efficiency of the engine due to the reduction in heat transfers thanks to the reintroduction of gases recycled by the RGE 11 line in the intake manifold. Such recirculation can also allow a reduction in enrichment linked to the exhaust temperature and a reduction in pumping losses when the engine is associated with a turbocharger.
[0078] L’invention n’est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n’ont été donnés qu’à titre d’exemples.The invention is in no way limited to the embodiments described and illustrated which have been given only by way of examples.
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| US20130340692A1 (en) * | 2010-07-14 | 2013-12-26 | Ford Global Technologies Llc | Cooling Strategy for Engine Head with Integrated Exhaust Manifold |
| US20150322897A1 (en) * | 2014-05-09 | 2015-11-12 | Ford Global Technologies, Llc | Exhaust-gas-turbocharged applied-ignition internal combustion engine having at least two turbines, and method for operating an internal combustion engine of said type |
| US9188051B1 (en) * | 2014-06-24 | 2015-11-17 | GM Global Technology Operations LLC | System and method of thermal management for an engine |
-
2016
- 2016-10-04 FR FR1659553A patent/FR3057023B1/en active Active
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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