WO2003048532A1 - Appareil pour la reduction des nuisances sonores d'echappement des moteurs a explosion - Google Patents

Appareil pour la reduction des nuisances sonores d'echappement des moteurs a explosion Download PDF

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WO2003048532A1
WO2003048532A1 PCT/FR2002/004088 FR0204088W WO03048532A1 WO 2003048532 A1 WO2003048532 A1 WO 2003048532A1 FR 0204088 W FR0204088 W FR 0204088W WO 03048532 A1 WO03048532 A1 WO 03048532A1
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WO
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pipe
expansion chamber
exhaust
outlet
engine
Prior art date
Application number
PCT/FR2002/004088
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English (en)
Inventor
Pierre Piccaluga
Patrick Lecocq
François GYRI
Claude-Annie Perrichon
Original Assignee
Picca Echappement
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/08—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits
    • F01N13/10—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits of exhaust manifolds
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N1/00—Silencing apparatus characterised by method of silencing
    • F01N1/02—Silencing apparatus characterised by method of silencing by using resonance
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N1/00—Silencing apparatus characterised by method of silencing
    • F01N1/06—Silencing apparatus characterised by method of silencing by using interference effect

Definitions

  • the exhaust pipes and the manifold are suitable for canceling shock waves in order to reduce noise pollution.
  • the pipes evacuate the gases at the outlet of the engine block.
  • Each tube has at its inlet a diameter similar to the lumen or exhaust hole of a cylinder of the engine block; this diameter remains regular up to the collector, in the part commonly called pipe.
  • the manifold is connected to the different pipes and gathers the gases from the different cylinders towards an outlet.
  • An exhaust pipe is mounted at the outlet of the manifold.
  • the gases leaving the engine block are at high speed. The speed differential between these gases and the ambient air causes noise; the pot has the function of lowering the noises by reducing the deflagrations, which are imposed on its mouth; thus, the deflagrations are regulated in the tubes and the pot.
  • FR-A-776 345 describes silencers for internal combustion engines.
  • the exhaust tubes penetrate tangentially into an expansion chamber, in which the gases are in permanent rotation.
  • the gases are discharged through tubes to a helical duct.
  • the tubes open tangentially into the helical duct, at different points in the duct.
  • JP-A-4 175 412 proposes to have at the outlet of an engine an expansion chamber and a resonance chamber; resonators separate the two chambers, one of the resonators can also, depending on the engine speed, be used as exhaust.
  • DE-A-42 11 600 offers an exhaust for two-stroke engines.
  • a resonator At the outlet of each cylinder is provided a resonator; the resonator has a first diverging conical section, a cylindrical section and a second converging conical section.
  • the outputs of each resonator are connected to a collector; at the outlet of the collector is provided a catalytic converter.
  • the outlet of the catalytic converter is connected to a U-shaped tube, the outlet of which opens into a sound dampening device.
  • the sole purpose of using resonators is to increase the size of all the resonators and the collector, relative to the total displacement.
  • US-A-1,740,805 provides a muffler for an exhaust engine.
  • EP-A-0 272 769 proposes an exhaust manifold.
  • a resonator is provided on the collector. This resonator has the form of a tube connected to the collector in the vicinity of one of the ends. The other end of the tube is open and opens into a closed static volume. It is suggested to adapt the shape of the resonator to attenuate the acoustic waves on a given spectrum.
  • an exhaust pipe for chemical explosion engines comprising an inlet, an outlet and an asymmetric expansion chamber in rotation between the inlet and the outlet.
  • the expansion chamber has a section greater than or equal to twice the section of the inlet; - the expansion chamber has a section less than or equal to nine times the section of the inlet;
  • the expansion chamber has an ovoid shape
  • the expansion chamber extends over a length greater than or equal to twice its average diameter; - The expansion chamber extends over a length less than or equal to four times its average diameter;
  • the expansion chamber has roughness on its interior surface
  • the expansion chamber extends on either side of the axis of the pipe, defined by the inlet and the outlet.
  • the invention also proposes, in another embodiment, an internal combustion engine, having at least one such exhaust pipe.
  • This line can extend between an engine cylinder and a manifold.
  • the pipe may have a second outlet and the engine then comprises a pipe connecting the second outlet to the manifold.
  • the engine can also have a pot, and the inlet of the exhaust pipe can be connected (directly or indirectly) to an outlet of the pot.
  • FIG. 3 a schematic view of a third embodiment of the invention.
  • the present method and apparatuses propose to use an expansion chamber to reduce the parasitic noise of the deflagrations consecutive to the combustion of combustion engines.
  • the part of the engine exhaust line is called tubing.
  • the section of tubing closest to the engine is called a pipe.
  • the expansion chamber is located on the exhaust pipe attached to the engine block; it resolves the speed differential between the combustion chamber and the exhaust by allowing the gas coming from the combustion chamber not to violently collide with the stationary air in the manifold.
  • the invention makes it possible to reduce the shock of the frontal wave of the deflagration.
  • this shock wave was usually exerted on a single section, and propagated over the entire structure of the exhaust manifold. Contrary to this tradition of forced flow, the invention proposes to distribute the forces, acting like a piston, and modifies them into pressure distributions in different axes which cancel out the shock waves.
  • this implementation of the expansion chamber is achieved by a volume of larger section than the current tubing; the section can be from one and a half to three times the usual section, or even more; the expansion chamber may have an ovoid shape, which allows the gas to relax on itself by a vortex induced by the shape of the expansion chamber.
  • the ovoid section and progression ratio of the shape as well as the internal appearance of the wall with small cavities are conducive to the cancellation of shock waves.
  • This expansion chamber can itself be perforated and be connected by at least one adjacent tubing annex to the main tubing, to a space further from the expansion chamber.
  • This second tube can thus evacuate a fraction of the pressure of the deflagration.
  • This parallel path also requires the pressure to be cut off in another section of the main exhaust.
  • FIG. 2 shows an internal combustion engine 2 of which a cylinder 4 has an exhaust port 6. At the outlet of this port is arranged a pipe 8 or exhaust pipe.
  • This tubing has an inlet 10 and an outlet 12. Between this inlet and this outlet, the tubing has an expansion chamber 14, the function of which is to allow the combustion gases leaving the engine to relax, by a natural circulation of exhaust gases.
  • the pipe of the invention is connected to the pot 16 by a pipe 18.
  • the expansion chamber is, as in the example in FIG. 1, off-center with respect to the pipe 8; in the example, this chamber 10 is arranged on one side of the tubing. More generally, natural circulation is facilitated by the fact that the expansion chamber does not have a symmetry of revolution around the axis of the tubing 8, which can be defined by the inlet and the outlet of the tubing; thus, in the example of Figure 2 are provided two expansion chambers, arranged on either side of the axis of the tube. These two chambers are symmetrical with respect to the axis of the tubing; the assembly has no rotational symmetry about the axis of the tubing.
  • the size and shape of the expansion chamber are advantageously chosen to promote the relaxation of the gases.
  • the section of the tubing, at the level of the expansion chamber is preferably at least 1.5 or twice greater than the section of the inlet or outlet of the tubing.
  • the tubing and the expansion chamber have a disc-shaped section; the figure shows the diameters ⁇ i of the inlet and ⁇ of the expansion chamber.
  • the ratio ⁇ 2 / ⁇ of the diameters is greater than or equal to * f ⁇ , to ensure that the ratio of the sections is greater than or equal to two.
  • the ratio of the sections is less than or equal to nine; in fact, beyond this value, further increasing the volume of the expansion chamber does not necessarily promote the circulation of gases, but can on the contrary lead to stationary masses; such stationary masses again create a plug effect and favor the piston effect due to the engine exhaust.
  • the ratio ⁇ 2 / ⁇ of the diameters is less than or equal to three.
  • the length of the expansion chamber is also chosen to promote the relaxation of the gases. It is advantageous if the length of the expansion chamber is greater than or equal to twice the diameter of the chamber or twice the average transverse dimension of the chamber. Below this value, it is not certain that the gases circulating in the pipe expand as they circulate; they could simply produce a lateral expansion of part of the gases, without reducing the piston effect caused by the internal combustion engine. It is also advantageous if the length of the expansion chamber is less than or equal to four times the diameter of the chamber or four times the average transverse dimension of the chamber. In fact beyond this value, the volume of the expansion chamber can still lead to stationary masses.
  • the shape of the chamber is ovoid in the example of Figure 1; this shape without abrupt angles favors the circulation of gases and limits the formation of turbulence due to standing waves.
  • the duct has a cylindrical shape and the expansion chamber also has a cylindrical shape; the chamber and the conduit have a common generator, so that the expansion chamber is offset from the conduit.
  • the opening between the inlet of the pipe and the expansion chamber like the opening between the outlet of the pipe and the expansion chamber, is as large as possible.
  • the expansion chamber ensures a relaxation of the gases by circulation of the gases; this expansion by circulation distributes the pressures along different axes. It is advantageous that the opening between the inlet and the expansion chamber is at least equal to the section of the inlet; see the entrance section twice.
  • the expansion chamber also has a second outlet 20.
  • This second outlet opens into a pipe 22, which joins later - 15, 20 or 50 centimeters from the expansion chamber - the path of the gas from the pipe outlet. This distance distributes the pressure of the deflagration over the volume of the main exhaust column on another section.
  • Such an additional outlet is not essential for the circulation of gases in the expansion chamber; it has the additional effect of distributing the gases along the exhaust.
  • FIG. 1 also shows a variant of the invention, namely asperities on the interior surface of the expansion chamber.
  • These asperities can have a typical dimension of a few mm, projecting towards the interior of the chamber; they are preferably rounded in the direction of circulation to detach the gases from the wall.
  • Such a dimension is adapted to favor the formation of immobile layers of air in the vicinity of the walls of the expansion chamber. This reduces the turbulence caused by the ground effect in the vicinity of the walls and also has the effect of repelling the sound phenomena towards the center of the expansion chamber.
  • the device has at least one post-combustion chamber, single flow, which allows the expansion of the combustion gases leaving the engine block.
  • This expansion chamber is located on the exhaust pipe molded in cast iron, and its optimized shape offset from the axis of the main pipe, allows a natural circulation of air of the exhaust gases, to absorb the deflagration .
  • the expansion chamber channels and thus reduces noise due to the mechanical stresses of the pressure shock.
  • This deflagration has the immediate space to relax and take the larger volume it needs. at the outlet of the engine block due to the availability of space where the pressures are regulated.
  • Another version which gives more efficiency, is the positioning of at least one adjacent tubular section, simple secondary exhaust which originates in the expansion chamber and joins the main tubing further about 15, 20 or 50 centimeters from distance from the relaxation room. This distance distributes the pressure of the deflagration over the volume of the main exhaust column on another section depending on the configuration of the engine.
  • Figure 2 shows another embodiment of the invention.
  • the pipe 30 has two expansion chambers 32 and 34, on either side of the axis 36 of the pipe.
  • the assembly has no symmetry about the axis 36, so as to promote the lateral circulation of the gases.
  • Each chamber has an outlet 38, 40, or secondary exhaust. Downstream of these outputs are provided multiple pipes or hoses 42, 44. The different flows meet at different points.
  • the device has a double flow expansion chamber and each flow has a secondary exhaust with multiple outlets.
  • the distribution of the residual pressure in various levels of the main column 46 makes it possible to greatly attenuate the noises and distributes the pressure of the gases over a multitude of sections and volumes of gas in the main pipe which absorb a fraction of pressure by section.
  • the expansion chamber creates a complex circulation of gases in which alternates depressions and pressures in the annexed tube or tubes, which facilitates the general flow of the gas flow by breaking the effects of the deflagration.
  • FIG. 3 shows a schematic view of yet another embodiment of the invention.
  • the engine uses a catalytic converter: the efficiency of such a pot depends on the temperature of the gases and it is therefore advantageous to have it as close as possible to the engine.
  • the pipe of the invention and the expansion chamber are therefore arranged downstream of the pot.
  • the figure therefore shows, in top view, an internal combustion engine 50, with the exhaust pipes 52 which connect the engine exhaust lights to a manifold 54.
  • a catalytic converter 56 At the outlet of the manifold is provided a catalytic converter 56.
  • At the outlet from the pot there is an exhaust pipe 58 according to the invention, with its expansion chamber 60.
  • the pipe is similar to that of FIG. 1, except that it has no outlet in the expansion chamber ; it would also have been possible to have downstream of the pot a pipe similar to that of FIG. 1 or to that of FIG. 2, with one or more secondary outlets and / or several expansion chambers.
  • the invention also makes it possible to optimize the combustion by promoting the correct purging of the combustion chamber; this results in an increase in engine torque.
  • the invention is not limited to the examples offered.
  • Asperities can be dispensed with, or even provided for only on a part of the internal wall of the expansion chamber (s).
  • the molding in the cast iron of the pipe is only one example of a manufacturing technique and a suitable material; other techniques or other materials could be used such as welded tube or welded stainless steel strip.
  • engines with several cylinders the invention applies equally well to single-cylinder engines.
  • Process and apparatuses for implementing the expansion chamber at the outlet of the combustion chamber or downstream, for chemical combustion or explosion engines make it possible to reduce parasitic noise and the mechanical stresses generated by the deflagrations.

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Abstract

En automobile et plus généralement pour les moteurs à combustion (automobile, motocyclettes, tondeuses à gazon, groupes électrogènes, machines de chantier, etc.), les pots d'échappement et collecteur sont propices à l'annulation des ondes de chocs afin de réduire les nuisances sonores. Le présent procédé et appareils se proposent d'utiliser une autre technique. Situé sur la pipe d'échappement (2), il résout le différentiel de vitesse entre la chambre de combustion et l'échappement, agissant comme un piston, pression modifiée en permettant au gaz (3) provenant de la chambre de combustion de ne pas se heurter violemment à l'air stationnaire, en permettant au gaz de se développer dans une chambre de détente (1) accolée au bloc moteur. La pression s'exerce sur différents axes qui annulent l'onde choc. Une tubulure adjacente (4), une voie parallèle oblige également à mettre en pression et mouvement un autre tronçon de l'échappement principal, répartissant ainsi l'effort sur le volume de gaz à évacuer sur la tubulure principale. Appareils et procédé diminuent les pollutions sonores et de vibrations des moteurs chimiques, à explosion.

Description

APPAREIL POUR LA REDUCTION DES NUISANCES SONORES D'ECHAPPEMENT DES MOTEURS A EXPLOSION
En automobile et plus généralement pour les moteurs à combustion (automobiles, motocyclettes, tondeuses à gazon, groupes électrogènes, machines de chantier, etc.), les pots d'échappement et le collecteur sont propices à l'annulation des ondes de chocs afin de réduire les nuisances sonores. Les tubulures évacuent les gaz en sortie du bloc moteur. Chaque tubulure présente en entrée un diamètre similaire à la lumière ou trou d'échappement d'un cylindre du bloc moteur; ce diamètre reste régulier jusqu'au collecteur, dans la partie couramment appelée pipe. Le collecteur est relié aux différentes pipes et regroupe vers une sortie les gaz en provenance des différents cylindres. Un pot d'échappement est monté en sortie du collecteur. Les gaz en sortie du bloc moteur sont à haute vitesse. Le différentiel de vitesse entre ces gaz et l'air ambiant provoque les bruits; le pot a pour fonction d'abaisser les bruits en réduisant les déflagrations, qui sont imposées à son embouchure; ainsi, les déflagrations sont régulées dans les tubulures et le pot.
Diverses solutions de réduction des nuisances sonores d'échappement ont déjà été proposées. Ainsi, FR-A-776 345 décrit des silencieux pour moteurs à explosion. A la figure 17 de ce document, les tubes d'échappement pénètrent tangentiellement dans une chambre de détente, dans laquelle les gaz sont en rotation permanente. Les gaz sont refoulés à travers des tubes vers un conduit hélicoïdal. Les tubes débouchent tangentiellement dans le conduit hélicoïdal, en différents points du conduit.
JP-A-4 175 412 propose de disposer en sortie d'un moteur une chambre d'expansion et une chambre résonance; des résonateurs séparent les deux chambres, l'un des résonateurs peut aussi, en fonction du régime moteur, être utilisé comme échappement.
DE-A-42 11 600 propose un échappement pour moteurs à deux temps. En sortie de chaque cylindre est prévu un résonateur; le résonateur présente une première section conique divergente, une section cylindrique et une deuxième section conique convergente. Les sorties de chaque résonateur sont reliées à un collecteur; en sortie du collecteur est prévu un pot catalytique. La sortie du pot catalytique est reliée à un tube en U, dont la sortie débouche dans un dispositif d'amortissement du son. L'utilisation des résonateurs a pour seul objectif d'augmenter la taille de l'ensemble des résonateurs et du collecteur, par rapport à la cylindrée totale. US-A-1 740 805 propose un silencieux pour moteur à échappement. Le flux de gaz est divisé suivant plusieurs chemins de différentes longueurs; les gaz pénétrant simultanément dans ces différents chemins sont délivrés en sortie sous forme d'une série d'impulsions. EP-A-0 272 769 propose un collecteur d'échappement. Sur le collecteur est prévu un résonateur. Ce résonateur a la forme d'un tube relié au collecteur au voisinage d'une de extrémités. L'autre extrémité du tube est ouverte et débouche dans un volume statique fermé. Il est suggéré d'adapter la forme du résonateur pour atténuer les ondes acoustiques sur un spectre donné.
Il existe toujours un besoin de réduction des nuisances sonores d'échappement des moteurs à explosion. L'invention propose en conséquence, dans un mode de réalisation, une conduite d'échappement pour moteurs à explosion chimique, comprenant une entrée, une sortie et une chambre de détente asymétrique en rotation entre l'entrée et la sortie.
La conduite peut avantageusement présenter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- la chambre de détente présente une section supérieure ou égale à deux fois la section de l'entrée; - la chambre de détente présente une section inférieure ou égale à neuf fois la section de l'entrée;
- la chambre de détente présente une forme ovoïde;
- la chambre de détente s'étend sur une longueur supérieure ou égale à deux fois son diamètre moyen; - la chambre de détente s'étend sur une longueur inférieure ou égale à quatre fois son diamètre moyen;
- la chambre de détente présente des aspérités sur sa surface intérieure;
- au moins une deuxième sortie débouche de la chambre de détente;
- la chambre de détente s'étend de part et d'autre de l'axe de la conduite, défini par l'entrée et la sortie.
L'invention propose encore, dans un autre exemple de réalisation, un moteur à explosion, présentant au moins une telle conduite d'échappement. Cette conduite peut s'étendre entre un cylindre du moteur et un collecteur. La conduite peut présenter une deuxième sortie et le moteur comprend alors un tuyau reliant la deuxième sortie au collecteur. Le moteur peut aussi présenter un pot, et l'entrée de la conduite d'échappement peut être reliée (directement ou indirectement) à une sortie du pot.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de différents modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement en référence aux figures, qui montrent : - figure 1, une vue schématique d'un premier mode de réalisation de l'invention; figure 2, une vue schématique d'un second mode de réalisation de l'invention;
- figure 3, une vue schématique d'un troisième mode de réalisation de l'invention. Le présent procédé et appareils se proposent d'utiliser une chambre de détente pour réduire les bruits parasites des déflagrations consécutives aux combustions des moteurs à explosion.
On appelle tubulure la partie de la ligne d'échappement du moteur. On appelle pipe la section de la tubulure la plus proche du moteur.
Dans l'exemple des figures 1 et 2, la chambre de détente est située sur la pipe d'échappement accolée au bloc moteur; elle résout le différentiel de vitesse entre la chambre de combustion et l'échappement en permettant au gaz provenant de la chambre de combustion de ne pas se heurter violemment à l'air stationnaire dans la tubulure. En permettant au gaz de se développer dans la chambre de détente où il peut se détendre en grande partie de sa pression élevée, l'invention permet de diminuer le choc de l'onde frontale de la déflagration. Dans l'état de la technique, cette onde de choc s'exerçait habituellement sur une seule section, et se propageait sur toute la structure de la tubulure d'échappement. A l'inverse de cette tradition de flux forcé, l'invention propose de répartir les forces, agissantes comme un piston, et les modifie en des répartitions de pressions dans de axes différents qui annulent les ondes de chocs. Ceci engendre moins de vibrations et de bruits; l'invention diminue ainsi les pollutions, sonores et de vibrations, sur tous les moteurs chimiques à explosion. Avantageusement, cette mise en œuvre de la chambre de détente est réalisée par un volume de section plus importante que la tubulure actuelle; la section peut être de une fois et demie à trois fois la section habituelle, voire plus; la chambre de détente peut présenter une forme ovoïde, ce qui permet une détente du gaz sur lui- même par un tourbillon induit par la forme de la chambre de détente. Le rapport de section et de progression ovoïde de la forme ainsi que l'aspect interne de la paroi à petites cavités sont propices à l'annulation des ondes de chocs.
Cette chambre de détente peut elle-même être trouée et être en relation par au moins une tubulure adjacente annexe à la tubulure principale, à un espace plus éloigné de la chambre de détente. Cette deuxième tubulure peut ainsi évacuer une fraction de la pression de la déflagration. Cette voie parallèle oblige à également sectionner la pression dans un autre tronçon de l'échappement principal.
La figure 1 montre un exemple de réalisation de l'invention. On a représenté à la figure un moteur 2 à explosion dont un cylindre 4 présente une lumière d'échappement 6. En sortie de cette lumière est disposée une tubulure 8 ou pipe d'échappement. Cette tubulure présente une entrée 10 et une sortie 12. Entre cette entrée et cette sortie, la tubulure présente une chambre de détente 14, dont la fonction est de permettre la détente des gaz de combustion sortant du moteur, par une circulation naturelle des gaz d'échappement. En sortie, la conduite de l'invention est reliée au pot 16 par un tuyau 18.
Pour favoriser la circulation des gaz, il est avantageux que la chambre de détente soit, comme dans l'exemple de la figure 1, décentrée par rapport à la tubulure 8; dans l'exemple, cette chambre 10 est disposée sur un côté de la tubulure. Plus généralement, la circulation naturelle est facilitée par le fait que la chambre de détente ne présente pas une symétrie de révolution autour de l'axe de la tubulure 8, qui peut être défini par l'entrée et la sortie de la tubulure; ainsi, dans l'exemple de la figure 2 sont prévues deux chambres de détente, disposées de part et d'autre de l'axe de la tubulure. Ces deux chambres sont symétriques par rapport à l'axe de la tubulure; l'ensemble ne présente pas de symétrie en rotation autour de l'axe de la tubulure.
La taille et la forme de la chambre de détente sont avantageusement choisies pour favoriser la détente des gaz. La section de la tubulure, au niveau de la chambre de détente est de préférence au moins 1,5 ou deux fois supérieure à la section de l'entrée ou de la sortie de la tubulure. Dans l'exemple de la figure, la tubulure et la chambre de détente présentent une section en forme de disque; la figure montre les diamètres φi de l'entrée et φ de la chambre de détente. Le rapport φ2/φι des diamètres est supérieur ou égal à *fï, pour assurer que le rapport des sections est supérieur ou égal à deux. Il est aussi avantageux que le rapport des sections soit inférieur ou égal à neuf; de fait, au-delà de cette valeur, augmenter encore le volume de la chambre de détente ne favorise pas nécessairement la circulation des gaz, mais peut au contraire conduire à des masses stationnaires; de telles masses stationnaires créent à nouveau un effet de bouchon et favorisent l'effet de piston du à l'échappement du moteur. Dans le cas de sections circulaires, le rapport φ2/φι des diamètres est inférieur ou égal à trois.
La longueur de la chambre de détente est aussi choisie pour favoriser la détente des gaz. Il est avantageux que la longueur de la chambre de détente soit supérieure ou égale à deux fois le diamètre de la chambre ou à deux fois la dimension transversale moyenne de la chambre. En dessous de cette valeur, il n'est pas certain que les gaz circulant dans la conduite se détendent en circulant; ils pourraient simplement se produire une détente latérale d'une partie des gaz, sans pour autant diminuer l'effet de piston provoqué par le moteur à explosion. Il est aussi avantageux que la longueur de la chambre de détente soit inférieure ou égale à quatre fois le diamètre de la chambre ou à quatre fois la dimension transversale moyenne de la chambre. De fait au-delà de cette valeur, le volume de la chambre de détente peut encore conduire à des masses stationnaires. La forme de la chambre est ovoïde dans l'exemple de la figure 1; cette forme sans angles abrupts favorise la circulation des gaz et limite la formation de turbulences dues à des ondes stationnaires.
Dans l'exemple de la figure, le conduit présente une forme cylindrique et la chambre de détente présente aussi une forme cylindrique; la chambre et le conduit présentent une génératrice commune, de telle sorte que la chambre de détente est décentrée par rapport au conduit. Il est avantageux que l'ouverture entre l'entrée de la conduite et la chambre de détente, tout comme l'ouverture entre la sortie de la conduite et la chambre de détente, soit aussi importante que possible. De fait, la chambre de détente assure une détente des gaz par circulation des gaz; cette détente par circulation répartit les pressions suivant des axes différents. Il est avantageux que l'ouverture entre l'entrée et la chambre de détente soit au moins égale à la section de l'entrée; voire à deux fois la section de l'entrée.
Dans l'exemple de la figure 1, la chambre de détente présente aussi une deuxième sortie 20. Cette deuxième sortie débouche dans un tuyau 22, qui rejoint plus loin - à 15, 20 ou 50 centimètres de la chambre de détente — le trajet des gaz issue de la sortie de la conduite. Cette distance répartit la pression de la déflagration sur le volume de la colonne de l'échappement principal sur un autre tronçon. Une telle sortie supplémentaire n'est pas indispensable à la circulation des gaz dans la chambre de détente; elle a pour effet supplémentaire de répartir les gaz le long de l'échappement.
La figure 1 montre encore une variante de l'invention, à savoir des aspérités sur la surface intérieure de la chambre de détente. Ces aspérités peuvent présenter une dimension typique de quelques mm, en saillie vers l'intérieur de la chambre; elles sont de préférence arrondies dans le sens de circulation pour décoller les gaz de la paroi. Une telle dimension est adaptée à favoriser la formation de couches d'air immobiles au voisinage des parois de la chambre de détente. Ceci diminue les turbulences provoquées par l'effet de sol au voisinage des parois et a aussi pour effet de repousser vers le centre de la chambre de détente les phénomènes sonores. Dans l'exemple de la figure 1, l'appareil présente au moins une chambre de post-combustion, simple flux, qui permet la détente des gaz de combustion sortant du bloc moteur. Cette chambre de détente se situe sur la pipe d'échappement moulée dans la fonte, et sa forme optimisée décentrée par rapport à l'axe de la tubulure principale, permet une circulation naturelle d'air des gaz d'échappement, pour absorber la déflagration. La chambre de détente canalise et diminue ainsi les bruits dus aux contraintes mécaniques du choc de pression. Cette déflagration a l'espace immédiat pour se détendre et prendre le volume plus important qui lui est nécessaire en sortie du bloc moteur du fait de la disponibilité d'espace où les pressions se régulent.
Une autre version, qui donne plus d'efficacité, est le positionnement d'au moins une section tubulaire adjacente, échappement secondaire simple qui prend origine dans la chambre de détente et rejoint la tubulure principale plus loin à environ 15, 20 ou 50 centimètres de distance de la chambre de détente. Cette distance répartit la pression de la déflagration sur le volume de la colonne de l'échappement principal sur un autre tronçon suivant la configuration du moteur.
La figure 2 montre un autre mode de mise en œuvre de l'invention. Dans l'exemple de la figure 2, la conduite 30 présente deux chambres de détente 32 et 34, de part et d'autre de l'axe 36 de la conduite. Comme indiqué plus haut, l'ensemble n'a pas de symétrie autour de l'axe 36, de sorte à favoriser la circulation latérale des gaz. Chaque chambre présente une sortie 38, 40, ou échappement secondaire. En aval de ces sorties sont prévus des canalisation ou tuyaux multiples 42, 44. Les différents flux se rejoignent en différents points.
Ainsi, l'appareil présente une chambre de détente à double flux et chaque flux a un échappement secondaire à multiples sorties. En effet, la répartition de la pression résiduelle en divers niveaux de la colonne principale 46 permet d'atténuer fortement les bruits et répartit la pression des gaz sur une multitude de sections et de volumes de gaz de la tubulure principale qui absorbent une fraction de pression par section. En réalité la chambre de détente crée une circulation complexe des gaz où alternent des dépressions et des pressions dans la ou les tubulures annexes, ce qui facilite l'écoulement général du flux des gaz en cassant les effets de la déflagration.
La figure 3 montre une vue schématique d'encore un mode de réalisation de l'invention. Dans l'exemple de la figure 3, le moteur utilise un pot catalytique : l'efficacité d'un tel pot dépend de la température des gaz et il est donc avantageux de le disposer aussi près que possible du moteur. La conduite de l'invention et la chambre de détente sont donc disposées en aval du pot. La figure montre donc, en vue de dessus, un moteur à explosion 50, avec les pipes d'échappement 52 qui relient les lumières d'échappement du moteur à un collecteur 54. En sortie du collecteur est prévu un pot catalytique 56. En sortie du pot, on reconnaît une conduite d'échappement 58 selon l'invention, avec sa chambre de détente 60. La conduite est similaire à celle de la figure 1, à ceci près qu'elle ne présente pas de sortie dans la chambre de détente; on aurait aussi pu disposer en aval du pot une conduite similaire à celle de la figure 1 ou à celle de la figure 2, avec une ou des sorties secondaires et / ou plusieurs chambres de détente.
On comprend de l'exemple de la figure 3 que la position de la conduite d'échappement de l'invention le long de la ligne d'échappement du moteur n'est pas cruciale. La position de la figure 1 ou de la figure 2 est avantageuse, en ce qu'elle conduit à une diminution maximale des nuisances sonores : l'effet de piston est diminué, dès la sortie du moteur. Dans l'exemple de la figure 3, cet effet de piston peut provoquer des nuisances sonores lors de la traversée des pipes d'échappement, du collecteur et du pot; la présence de la conduite d'échappement de l'invention permet toutefois de diminuer les nuisances sonores en aval du pot.
Dans tous les cas, l'invention permet aussi d'optimiser la combustion en favorisant la purge correcte de la chambre de combustion; il en résulte une augmentation du couple du moteur. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples proposés. On peut prévoir plus d'une sortie dans la chambre de détente; on peut aussi prévoir plus de deux chambres de détente, ou des dimensions ou formes différentes de celles proposées dans les exemples. On peut se passer des aspérités, ou encore n'en prévoir que sur une partie de la paroi interne de la ou des chambres de détente. Le moulage dans la fonte de la conduite n'est qu'un exemple d'une technique de fabrication et d'un matériau approprié; on pourrait utiliser d'autres techniques ou d'autres matériaux tels que tube soudé ou feuillard d'inox soudé. Dans les exemples sont mentionnés des moteurs à plusieurs cylindres; l'invention s'applique aussi bien aux moteurs monocylindres. Procédé et appareils de mise en œuvre de la chambre de détente en sortie de chambre de combustion ou en aval, pour les moteurs à combustion chimique ou à explosion, permettent de diminuer les bruits parasites et les contraintes mécaniques engendrées par les déflagrations.

Claims

REVENDICATIONS
1. Une conduite d'échappement (8, 30) pour moteurs à explosion chimique, comprenant une entrée (10), une sortie (12) et une chambre de détente (14, 32, 34) asymétrique en rotation entre l'entrée et la sortie.
2. La conduite de la revendication 1, caractérisée en ce que la chambre de détente (14, 32, 34) présente une section supérieure ou égale à deux fois la section de l'entrée (10).
3. La conduite de la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la chambre de détente (14, 32, 34) présente une section inférieure ou égale à neuf fois la section de l'entrée (10).
4. La conduite de la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que la chambre de détente (14, 32, 34) présente une forme ovoïde.
5. La conduite de l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce la chambre de détente (14, 32, 34) s'étend sur une longueur supérieure ou égale à deux fois son diamètre moyen.
6. La conduite de l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la chambre de détente (14, 32, 34) s'étend sur une longueur inférieure ou égale à quatre fois son diamètre moyen.
7. La conduite de l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la chambre de détente (14, 32, 34) présente des aspérités sur sa surface intérieure.
8. La conduite de l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle présente au moins une deuxième sortie (20, 38, 40) débouchant de la chambre de détente.
9. La conduite de l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la chambre de détente (32, 34) s'étend de part et d'autre de l'axe de la conduite (36), défini par l'entrée et la sortie.
10. Un moteur à explosion, présentant au moins une conduite d'échappement selon l'une des revendications 1 à 9.
11. Le moteur de la revendication 10, caractérisé en ce qu'une conduite d'échappement s'étend entre un cylindre du moteur et un collecteur.
12. Le moteur de la revendication 11, caractérisé en ce que la conduite présente une deuxième sortie et en ce que le moteur présente un tuyau reliant la deuxième sortie au collecteur.
13. Le moteur de la revendication 10, caractérisé en ce qu'il présente un pot et en ce que l'entrée de la conduite d'échappement est reliée à une sortie du pot.
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