Dispositif d'échappement de moteur à combustion interne polycylindrique La présente invention a pour objet un dispositif d'échappement de moteur à combustion interne poly- cylindrique amenant les gaz d'échappement prove nant des cylindres du moteur dans une turbine entraînant un compresseur alimentant ces cylindres.
Dans le brevet suisse No 340095 il est question d'un dispositif pour conduire les gaz d'échappement des cylindres d'un moteur à combustion interne poly- cylindrique à une turbine entraînant un compresseur alimentant ces cylindres, et utilisant la partie pulsa- toire de l'énergie pulsatoire d'échappement pour ob tenir une plus grande différence entre la pression dans le collecteur d'alimentation et la contre-pression d'échappement.
Dans ce dispositif, les divers cylin dres du moteur se déchargent à travers des tuyères disposées en série de telle façon que durant les pé riodes de balayage des cylindres, la contre-pression d'échappement devienne basse. En outre, la dispo sition est telle que les pulsations des gaz alimentant la turbine entraînant le compresseur d'alimentation soient réduites.
L'écoulement intermittent est trans formé en écoulement pratiquement continu en utili- sant l'énergie des pulsations d'échappement pour créer et maintenir une vitesse élevée dans un passage rectiligne s'étendant sûr toute la longueur du moteur et qui est séparé d'un espace du collecteur d'échap pement dans lequel règne une vitesse relativement basse. Le passage à grande vitesse susdit est ouvert vers l'espace à petite vitesse à ses deux extrémités et il se termine par un diffuseur à son extrémité aval.
Il résulte de cette disposition que l'on obtient une recirculation des gaz dans le passage à grande vitesse à une pression statique plus basse que la pression régnant en dehors de celui-ci, ce qui signifie que le moteur peut se décharger contre une contre-pression relativement basse tandis que la turbine bénéficie d'une pression à l'entrée plus élevée, la différence étant égale à la pression dynamique. Cette disposi tion fonctionne très bien en pratique, une récupéra tion substantielle de l'énergie des pulsations d'échap pement étant obtenue. La disposition qui vient d'être décrite présente cependant certains inconvénients.
Le passage à grande vitesse doit aller en s'évasant à partir de la petite extrémité par laquelle pénètre l'écoulement de recirculation jusqu'à sa grande extrémité par laquelle l'écoulement de recirculation plus l'écoulement du moteur sont déchargés. Ceci rend la construction dis pendieuse à cause du manque d'uniformité des élé ments en cause. De plus, le diffuseur unique à l'ex trémité aval du passage à grande vitesse doit être d'assez grandes dimensions et occupe ainsi plus d'es pace qu'il n'est désirable. Les dimensions nécessaire ment grandes du diffuseur font que tout le collecteur d'échappement doit être fait excessivement grand.
Le but de la présente invention est de remédier au moins en partie à ces inconvénients et le dispositif qui en fait l'objet est caractérisé en ce qu'il com prend un passage recevant les gaz d'échappement provenant des cylindres du moteur, un espace s'éten dant le long dudit passage dont les extrémités com muniquent avec cet espace, des tuyères recevant les gaz d'échappement des cylindres du moteur et les déchargeant à grande vitesse dans la même direction dans ledit passage, et des diffuseurs distribués le long du passage et déchargeant des gaz provenant de ce passage à vitesse réduite dans ledit espace.
Le dessin représente, à titre d'exemple, deux for mes d'exécution du dispositif faisant l'objet de l'in vention.
La fig. 1 est une vue en coupe de la première forme d'exécution. La fig. 2 est une section transversale par 2-2 de la fig. 1.
La fig. 3 est une vue, semblable à la fig. 1, de la seconde forme d'exécution, la coupe étant effec tuée suivant 3-3 de la fig. 7.
La fig. 4 est une coupe développée du dispositif de la fig. 3 suivant 4-4 de la fig. 7.
La fig. 5 est une coupe par 5-5 de la fig. 4. La fig. 6 est une coupe par 6-6 de la fig. 3. La fig. 7 est une coupe par 7-7 de la fig. 4. La fig. 8 est une coupe par 8-8 de la fig. 4. Le dispositif d'échappement représenté aux fig. 1 et 2 est celui d'un moteur ayant, par exemple, six ou huit cylindres en ligne, la partie médiane de la figure dans laquelle les divers organes se répètent étant arrachée.
Divers éléments du dispositif sont semblables l'un à l'autre, ce qui donne une cons truction relativement bon marché et facilite l'adap tation des mêmes parties à des moteurs ayant des nombres de cylindres différents. Le dispositif com prend une enveloppe cylindrique 2 qui est fermée à une extrémité 4 et ouverte à son autre extrémité 6 pour la décharge des gaz d'échappement du moteur dans une turbine 8 entraînant un compresseur d'ali mentation, qui fournit la charge d'air aux cylindres du moteur. L'enveloppe 2 est pourvue de lumières 10 qui sont disposées pour communiquer avec les passages d'échappement individuels 12 des divers cylindres du moteur.
Les lumières 10 .communiquent avec des tuyères 14 recevant les gaz d'échappement et transformant leur énergie en jets à grande vitesse déchargés en di rection sensiblement axiale vers la droite à la fig. 1. L'enveloppe 2 est fixée directement aux ouvertures d'échappement des cylindres par des boulons, ce qui contribue grandement au fonctionnement correct.
Les parties 16 des parois des tuyères 14 qui sont le plus éloignées des lumières 10 sont raccordées de façon graduelle à des parois 18 qui, à leur tour, sont raccordées de façon graduelle à des parties 20 des parois des tuyères qui sont adjacentes aux lumiè res 10. Des parois 22 forment, en combinaison avec les parois 16 et 18, des tronçons de passage succes sifs 24 pour les gaz, tandis qu'à l'extérieur de ces parois 22 sont disposées d'autres parois 26 qui sont raccordées de façon graduelle aux parois 22 et four nissent des passages diffuseurs 28 présentant des ex trémités de décharge 30. A l'extérieur de ceux-ci se trouve l'espace 32 limité ,par l'enveloppe 2.
La fig. 2 montre l'association des divers passages mentionnés ci-dessus avec tous les cylindres, sauf les deux premiers. Dans le cas du premier cylindre à l'extrême gauche de la fig. 1, une paroi 34 forme un tronçon de passage 36 qui reçoit du gaz en recircula- tion venant de l'espace 32, le tronçon 36 déchar geant dans un tronçon 40 qui est délimité par une paroi 38. Le dernier des tronçons 24 décharge les gaz dans un diffuseur 44 qui est formé par une paroi divergente 42. Le diffuseur 44 décharge dans l'ex trémité de droite de l'espace 32 et dans le passage d'entrée de la turbine 8.
Le fonctionnement du dispositif décrit est le suivant Des gaz en recirculation s'écoulant à une vitesse relativement basse à travers l'espace 32 de la droite vers la gauche à la fig. 1, pénètrent dans le tronçon de passage 36, où ils sont accélérés pour atteindre une grande vitesse et s'écoulent ensuite dans le tron çon de passage 40 où ils rejoignent les gaz déchargés par la tuyère 14 la ;plus à gauche. Les gaz quittant le tronçon de passage 40 se divisent, une partie de ces gaz passant dans le premier diffuseur 28 dans lequel leur vitesse est réduite avec une augmentation correspondante de la pression et duquel ils sont dé chargés dans l'espace 32.
Le reste des gaz s'écoule dans le tronçon de passage 24 représenté le plus à gauche, où il est rejoint par les gaz déchargés par la deuxième tuyère 14. Ce qui vient d'être décrit se répète à travers les parties intermédiaires du dispo sitif convertisseur d'impulsions comprenant une série de structures telles qu'indiquées entre les lignes A et B, une partie des gaz dans chaque partie intermé diaire étant déchargée ,par un diffuseur correspon dant 28 tandis qu'une autre partie s'écoule dans le tronçon de passage 24 suivant. Finalement, le der nier tronçon de passage 24 décharge ses gaz dans le diffuseur 44 qui reçoit aussi des gaz de la tuyère finale 14.
Des gaz qui passent dans l'espace 32, une partie est fournie à la turbine 8, tandis qu'une autre partie prend part à la recirculation vers la gauche à travers cet espace. Les vitesses dans l'espace 32 sont petites, et l'écoulement total se distribue automati quement entre l'écoulement de recirculation et l'écoulement fourni.
Les tronçons de passage 36, 40 et 24 forment un passage de traversée continu dont l'aire de la section transversale varie peu, les tronçons de passage 24 successifs au moins ayant sensiblement les mêmes di mensions, ceci étant permissible en raison du fait que les gaz qui pourraient s'accumuler sont soutirés à travers les diffuseurs 28 successifs. Lors du fonction nement, une vitesse élevée à peu près uniforme est maintenue dans le passage 36, 40 et 24.
Cette vitesse élevée est engendrée et entretenue ,par l'action des gaz déchargés par les tuyères 14, chacune desquelles est associée à un cylindre du moteur et, par conséquent, décharge les gaz d'échappement du moteur de façon intermittente. Durant la période initiale de la dé charge (qui correspond à la période dite de vidange du cylindre respectif), la vitesse est très élevée, beau coup plus élevée que la vitesse moyenne dans le pas sage 36, 40 et 24. Durant le reste de la période ac tive de l'une quelconque des tuyères 14 (correspon dant à la période de balayage du cylindre respectif), la vitesse de décharge est plus basse.
Du moment que le passage à grande vitesse 36, 40 et 24 com munique avec l'espace à petite vitesse 32 par les dif- fuseurs 28 et 44, la même pression totale règne dans le passage à grande vitesse et dans l'espace 32 ; ce pendant la pression statique dans les passages à grande vitesse est beaucoup plus basse que dans le passage 32. II résulte de ceci que durant les périodes de balayage des cylindres du moteur il règne une pression basse dans les tuyères de décharge 14 des cylindres, ce qui fournit la chute de pression néces saire pour l'écoulement à travers le moteur, même si la pression de l'air aux lumières d'admission des cy lindres du moteur est relativement basse.
En même temps, du moment que la pression statique dans l'es pace 32 est relativement élevée, la turbine reçoit une alimentation à haute pression pour son fonctionne ment, en dépit de la contre-pression basse à l'encon tre de laquelle fonctionne le moteur. La différence entre la pression d'admission de la turbine et la contre-pression du moteur découle de la conversion d'énergie de vidange (c'est-à-dire de l'énergie des pulsations d'échappement), en une augmentation de pression.
En outre, à cause de la recirculation qui a lieu, les pulsations qui résultent des décharges des cylindres sont effectivement égalisées, de sorte que l'écoulement vers la turbine 8 est sensiblement uni forme, c'est-à-dire de nature régulière, convenant le mieux pour l'obtention d'un rendement maximum de la turbine.
En moyenne, les gaz déchargés à grande vitesse par l'une quelconque des tuyères 14 ont un parcours à grande vitesse relativement court à travers les tron çons de passage 36, 40 et 24, ce quia pour résultat de faire diminuer les pertes par frottement.
Le volume diffuseur total se composant des volumes des diffu seurs distincts 28 et de celui du diffuseur final 44, ce dernier peut avoir des dimensions relativement pe tites, et il est facile de dimensionner le dispositif décrit de façon que l'écoulement de recirculation qui joue le rôle de volant gazeux , ait la proportion désirable,
c'est-à-dire pas plus que 75 % et pas moins que 25 % de l'écoulement du moteur. Si la recirculation est maintenue entre ces limites,
des con ditions correspondant approximativement à l'écoule ment continu sont obtenues sans qu'il se produise de ;pertes excessives dans le processus de diffusion et de réaccélération de l'écoulement de recirculation. Si cet écoulement de recirculation est trop petit, l'effet du volant gazeux est trop faible, et par conséquent, l'écoulement dans le passage à grande vitesse n'est pas assez uniforme et des pertes exces sives résultent du transfert des quantités de mouve ment.
Si, d'autre part, l'écoulement de recirculation est trop important, les sections de passage du passage à grande vitesse sont grandes, et les pertes par frot tement deviennent excessives. En outre, des pertes excessives sont causées au cours du processus de dif fusion et de réaccélération de l'écoulement de recir- culation.
La forme d'exécution des fig. 3 à 8 inclusivement est le dispositif d'échappement d'un moteur présen- tant deux rangées de cylindres, par exemple, un mo teur à seize cylindres avec huit cylindres dans cha cune des deux rangées. Les différentes coupes mon trent les détails de la construction et comment les divers passages, y compris les diffuseurs, sont for més. La partie centrale du dispositif, dans laquelle les éléments se répètent, a été arrachée dans cha cune des fig. 3 et 4. L'enveloppe 46 est fermée à une extrémité 48 et ouverte à son autre extrémité en 78 pour fournir les gaz au passage d'admission d'une turbine 50 entraî nant un compresseur d'alimentation.
Des connexions 52 et 54 reçoivent les gaz des passages d'échappe ment des cylindres des deux rangées, les blocs-cylin dres des deux rangées étant indiqués en 56 et 58. Durant la période de vidange, des tuyères 60 et 62 déchargent les gaz des cylindres sous forme de jets à grande vitesse dans des tronçons de passage 64 qui sont en alignement axial et constituent le passage à vitesse élevée du dispositif. A leurs extrémités res pectives 66, les tronçons de passage 64 dévient une partie des gaz dans des diffuseurs 68 qui sont con formés comme représenté aux fig. 3, 7 et 8.
Les dif fuseurs déchargent dans un espace 70 limité par l'en veloppe du dispositif et dans lequel a lieu la recir- culation vers la droite vue aux fig. 3 et 4, les gaz en recirculation pénétrant à nouveau dans le passage à vitesse élevée par un tronçon de passage récepteur convergent 72. Le tronçon de passage final de gau che 64 et la tuyère finale de gauche 60 déchargent dans un diffuseur 74 de forme divergente qui est pourvu d'un cône de séparation 76 et qui communi que également avec l'espace 70.
Il y a également dans. cette seconde forme d'exécution un dédouble ment considérable des éléments formant le passage, les tuyères et les diffuseurs. Le fonctionnement et les avantages sont les mêmes que ceux décrits en référence à la forme d'exécution représentée aux fig. 1 et 2.
Dans ce cas également, il est facile d'obtenir les proportions correspondant à une recirculation comprise entre les limites de 25 1% à 75 1% de l'écoulement du moteur.