"Moteur à combustion pourvu d'un dispositif pour créer
une dépression dans la tubulure d'échappement".
L'invention concerne un moteur à combustion pourvu d'une tubulure d'échappement permettant l'évacuation des gaz d'échappement formés par combustion dans le moteur.
De tels moteurs à combustion sont généralement utilisés pour entraîner des véhicules, tels des voitures, des camions, des motos, etc. Ces moteurs fonctionnent par combustion d'un carburant, par exemple de l'essence, du diesel ou du gaz de pétrole liquéfiés
(GPL), et sont du type deux temps, quatre temps, diesel ou Wankel. La combustion du carburant par le moteur forme des gaz d'échappement qui sont évacués à l'aide de la tubulure d'échappement. La bonne évacuation de ces gaz d'échappement est essentielle pour le bon fonctionnement du moteur et ainsi pour le rendement du moteur. En particulier dans les moteurs qui équipent les voitures de compétitions d'énormes recherches sont effecutées pour réduire au minimum les pertes dûes à la tubulure d'échappement.
En effet la tubulure d'échappement crée un obstacle au libre passage des gaz d'échappement et provoque ainsi une perte de puissance. Il est dès lors essentiel de prendre soin au dessin de la tubulure d'échappement afin de ne pas provoquer de trop grandes pertes de puissance.
L'invention a pour but de réaliser un moteur à combustion où les pertes dûes à la tubulure d'échappement sont sensiblement réduites.
Le but de l'invention est réalisé en ce qu'un dispositif pour créer dans la tubulure d'échappement une dépression par rapport à la pression régnant en amont de la tubulure d'échappement est monté en aval de la tubulure d'échappement. Grâce à ce dispositif il est créé une dépression dans la tubulure d'échappement, laquelle dépression permet une succion des gaz d'échappement et ainsi une bonne évacuation de ces gaz en toute circonstance sans pour autant imposer un dessin très strict à la tubulure d'échappement.
Une première réalisation préférentielle d'un moteur selon l'invention est caractérisé en ce que le dispositif pour créer une dépression comporte une turbine placée dans le flot des gaz d'échappement, laquelle tubulure est entraînée par un moteur d'appoint. L'emploi d'une turbine est un moyen particulièrement adapté pour créer une dépression dans la tubulure d'échappement.
Il ne faut toutefois pas confondre cette turbine avec celle d'un turbo-compresseur utilisée dans un moteur à turbocompresseur. En effet dans ce dernier type de moteur il y a également une turbine placée dans le flot des gaz d'échappement. Seulement cette turbine (le turbo), qui est entraînée par les gaz d'échappement, sert à entraîner une deuxième turbine (le compresseur) qui comprime de l'air aspiré. Dans la présente invention la turbine n'est pas entraînée par les gaz d'échappement mais suce ces derniers.
De préférence la turbine est entraînée par l'intermédiaire du vilebrequin du moteur. Un entraînement par l'intermédiaire du vilebrequin permet un montage aisé.
Avantageusement, la tubrine est entraînée par un moteur électrique qui est relié à une unité de gestion agencée pour régler le régime de la turbine en fonction du régime du moteur. Ceci permet une succion optimale à tout régime du moteur.
Une deuxième réalisation préférentielle d'un moteur selon l'invention est caractérisé en ce que le dispositif pour créer une dépression comporte une prise d'air dont une sortie débouche en aval de la tubulure d'échappement et y forme un goulet d'étranglement. Ainsi il y a une injection d'air dans le tuyau d'échappement qui va provoquer une succion des gaz d'échappement.
L'invention sera maintenant décrite plus en détail à l'aide d'un exemple illustré dans le dessin. Il va de soi que l'invention n'est pas limitée à l'exemple illustré et que différentes variantes sont possibles dans le cadre de l'invention. Dans le dessin :
La figure 1 montre une vue globale d'un exemple du moteur à combustion et d'une turbine placée dans le flot des gaz d'échappement. La figure 2 montre un exemple d'une turbine et son entraînement à l'aide du vilebrequin. La figure 3 montre un autre exemple de la turbine et son entraînement à l'aide d'un moteur électrique. La figure 4 montre un exemple du dispositif permettant de créer une dépression dans la tubulure d'échappement. et étant formé d'une prise d'air . débouchant dans le tuyau .d'échappement.
Dans les figures les mêmes éléments ou des éléments analogues portent une même référence.
Les gaz d'échappement formés par le moteur à combustion 1 illustré à la figure 1 sont dirigés vers la tubulure d'échappement 2. Dans l'exemple choisi le moteur est un quatre cylindres en ligne et comporte donc quatre bouts de tuyau formant la tubulure d'échappement. Il va de soi qu'il ne s'agit là que d'un exemple et que l'invention est applicable sur tout type de moteur à combustion, que ce soit un moteur ayant ses cylindres en ligne, en V ou du type boxer, et que le nombre de cylindres ainsi que la cylindré ne sont pas primordiaux pour l'application de l'invention. Il en va de même pour le type de carburant utilisé, que ce soit de l'essence, du diesel ou du GPL. L'invention est d'ailleurs également applicable sur des moteurs du type Wankel.
En aval de la tubulure d'échappement est monté un dispositif pour créer dans la tubulure d'échappement une dépression par rapport à la pression régnant en amont de la tubulure d'échappement. Dans l'exemple illustré à la figure 1 ce dispositif comporte une turbine 3 placée dans le flot des gaz d'échappement. La rotation de cette turbine va provoquer une succion des gaz d'échappement présents dans la tubulure d'échappement et ainsi créer une dépression dans cette tubulure.
La succion des gaz d'échappement a pour avantage de provoquer une vidange plus complète des gaz brûlés dans les cylindres. En effet dès que la soupape d'échappement s'ouvrira les gaz d'échappement seront sucés par l'effet de la turbine provoquant ainsi une meilleure vidange du cylindre, ce qui à son tour entraînera un meilleur remplissage du cylindre lors du prochain cycle de combustion car il n'y aura plus de gaz restant dans le cylindre. Le rendement et donc la puissance du moteur se trouvant ainsi amélioré.
Pour accentuer l'effet de succion lors du remplissage du cylindre on pourrait prévoir sur des moteurs à injection une ouverture de la soupape d'admission qui commencerait déjà lorsque la soupape d'échappement ne serait pas encore tout à fait fermée. Ceci serait parfaitement réalisable par le positionnement des cames sur l'arbre à cames. Une légère ouverture de la soupape d'admission, avant la phase d'injection du carburant et avant que la soupape d'échappement ne soit pas encore tout à fait fermée, provoquerait une succion, grâce à l'effet de succion de la turbine, de l'air présent dans le collecteur d'admission vers le cylindre, permettant ainsi un meilleur remplissage du cylindre, surtout à haut régime du moteur.
Il fait naturellement prendre garde que la soupape d'échappement ne soit plus trop largement ouverte, car sinon cela pourrait entraîner une succion de l'air vers la tubulure d'échappement et ainsi avoir un effet contraire sur le rendement du moteur.
Afin de provoquer l'effet de succion il faut que la turbine tourne à une vitesse de rotation adéquate et donc qu'elle soit entraînée à cette vitesse par un moteur d'appoint. Dans l'exemple illustré à la figure 2 la turbine est entraînée à l'aide du vilebrequin du moteur. La turbine 3 est montée sur un axe 7 pourvu d'une poulie ou d'une roue crantée 8 sur laquelle est montée une courroie de transmission 9, de préférence une courroie crantée, qui rejoint une autre poulie ou roue crantée 10 montée sur un axe 11 qui est entraîné par l'intermédiaire du vilebrequin.
Le diamètre des poulies ou roues crantées 8 et 10 sont de préférence différent afin de permettre une démultiplication du régime moteur et de faire tourner la turbine 3 a un régime différent de celui du moteur.- Le diamètre de ces poulies ou roues crantées 8 et 10 est choisie en fonction du diamètre de la turbine et du nombre d'ailettes que comporte la turbine afin de réaliser une succion optimale.
Dans l'exemple illustré à la figure 3 la turbine 3 est entraînée par un moteur électrique 12. Le régime de ce moteur électrique est géré par une unité de gestion 13 reliée par une ligne
15 au moteur électrique 12. Cette unité de gestion 13 comporte par exemple un microprocesseur et une mémoire. L'unité de gestion 13 est reliée par une ligne 14 au dispositif de gestion 16 du moteur. Ce dispositif de gestion 16 gérant l'allumage et/ou l'injection en carburant du moteur. (Un tel dispositif de gestion est par exemple connu dans le commerce sous le nom de MOTRONIC et est commercialisé par la firme BOSCH GmbH).
En -fonction des informations obtenues du dispositif de gestion (régime du moteur etc.) et en fonction de la dimension et du nombre d'ailettes de la turbine, l'unité de gestion
13 détermine la vitesse de rotation de la turbine 13 et envoie au moteur électrique 12 des informations pour régler le régime de ce moteur électrique 12 en fonction de la vitesse de rotation déterminée.
La figure 4 illustre une autre forme de réalisation d'un dispositif selon l'invention pour créer dans la tubulure d'échappement une dépression. Dans le tuyau d'échappement 4, débouche en aval de la tubulure d'échappement une prise d'air 5. A l'endroit où la prise d'air 5 débouche dans le tuyau d'échappement un goulet d'étranglement 6 est formé. L'air aspiré par la prise d'air entre ainsi dans le tuyau d'échappement et va provoquer à la hauteur du goulet d'étranglement une succion des gaz d'échappement.
La prise d'air 5 peut également être pourvue d'un clapet régulateur 17 permettant de régler le débit d'air envoyé dans le tuyau d'échappement. Ce clapet régulateur 17 est monté sur des moyens de positionnement 18, par exemple un ressort réglable, qui sont commandés par une unité de commande 19, comportant par exemple un micro-processeur et une mémoire, qui est reliée par l'intermédiaire d'une ligne 20 au dispositif de gestion du moteur. En fonction du régime du moteur et de la vitesse du véhicule, la position du clapet est modifiée. Ainsi lorsque le moteur tourne à haut régime et que le véhicule roule lentement le clapet sera grand ouvert. Par contre si par exemple le véhicule roule à une vitesse de l'ordre de 130 km/h et que le moteur tourne à 4.500 t/m le clapet ne sera qu'à moitié ouvert.
En effet, à cette vitesse il y a pas mal d'air déplacé par le véhicule et donc un fort débit d'air qui est présenté à l'entrée de la prise d'air. Le moteur par contre ne tourne qu'à un régime moyen et à ce régime il a une bonne combustion. En mettant le clapet à une position intermédiaire on parvient ainsi à envoyer dans le tuyau d'échappement une quantité d'air suffisante pour provoquer l'effet de succion.
On peut également combiner la prise d'air et la turbine. La prise d'air déboucherait alors de préférence. en aval de la turbine augmentant ainsi l'effet de succion.
Mis à part - le gain de puissance déjà mentionné, le dispositif selon l'invention a également . un effet favorable sur la pollution. En effet en mélangeant de l'air au gaz d'échappement, ces derniers se dilluent ce qui les rend moins nocifs. En particulier pour des voitures équipées de pot d'échappement catalytique la dilution des gaz d'échappement peut augmenter l'efficacité du catalyseur.
De plus, l'emploi du dispositif selon l'invention permet en toutes circonstances une-bonne évacuation des gaz d'échappement et impose donc une configuration moins stricte au dessin du tuyau et de la tubulure d'échappement, ce qui le cas échéant peut alors entraîner un avantage aérodynamique.
REVENDICATIONS
1. Moteur à combustion pourvu d'une tubulure d'échappement (2) permettant l'évacuation des gaz d'échappement formés par combustion dans le moteur, caractérisé en ce qu'un dispositif pour créer dans la tubulure d'échappement une dépression par rapport à la pression régnant en amont de la tubulure d'échappement est monté en aval de la tubulure d'échappement.
"Combustion engine provided with a device for creating
a vacuum in the exhaust manifold ".
The invention relates to a combustion engine provided with an exhaust pipe allowing the evacuation of the exhaust gases formed by combustion in the engine.
Such combustion engines are generally used to drive vehicles, such as cars, trucks, motorcycles, etc. These engines operate by combustion of a fuel, for example petrol, diesel or liquefied petroleum gas
(LPG), and are of the two-stroke, four-stroke, diesel or Wankel type. The combustion of fuel by the engine forms exhaust gases which are evacuated using the exhaust manifold. The proper evacuation of these exhaust gases is essential for the proper functioning of the engine and thus for the efficiency of the engine. In particular in the engines which equip cars of competitions enormous researches are carried out to minimize losses due to the exhaust manifold.
Indeed the exhaust manifold creates an obstacle to the free passage of exhaust gases and thus causes a loss of power. It is therefore essential to take care in the design of the exhaust manifold so as not to cause too great power losses.
The object of the invention is to produce a combustion engine where the losses due to the exhaust manifold are substantially reduced.
The object of the invention is achieved in that a device for creating a depression in the exhaust manifold with respect to the pressure prevailing upstream of the exhaust manifold is mounted downstream of the exhaust manifold. Thanks to this device, a depression is created in the exhaust manifold, which depression allows suction of the exhaust gases and thus good evacuation of these gases in all circumstances without imposing a very strict design on the exhaust manifold. exhaust.
A first preferred embodiment of an engine according to the invention is characterized in that the device for creating a depression comprises a turbine placed in the flow of the exhaust gases, which manifold is driven by a booster engine. The use of a turbine is a particularly suitable means for creating a vacuum in the exhaust manifold.
However, this turbine should not be confused with that of a turbo-compressor used in a turbocharger engine. Indeed in this latter type of engine there is also a turbine placed in the flow of exhaust gases. Only this turbine (the turbo), which is driven by the exhaust gases, is used to drive a second turbine (the compressor) which compresses the intake air. In the present invention, the turbine is not driven by the exhaust gases but sucks the latter.
Preferably the turbine is driven by the crankshaft of the engine. A drive through the crankshaft allows easy mounting.
Advantageously, the tubrine is driven by an electric motor which is connected to a management unit arranged to adjust the speed of the turbine as a function of the speed of the motor. This allows optimal suction at any engine speed.
A second preferred embodiment of an engine according to the invention is characterized in that the device for creating a vacuum comprises an air intake, an outlet of which opens downstream from the exhaust manifold and forms there a bottleneck. Thus there is an injection of air into the exhaust pipe which will cause suction of the exhaust gases.
The invention will now be described in more detail using an example illustrated in the drawing. It goes without saying that the invention is not limited to the example illustrated and that different variants are possible within the scope of the invention. In the drawing:
Figure 1 shows an overall view of an example of the combustion engine and a turbine placed in the flow of exhaust gases. Figure 2 shows an example of a turbine and its drive using the crankshaft. Figure 3 shows another example of the turbine and its drive using an electric motor. Figure 4 shows an example of the device for creating a vacuum in the exhaust manifold. and being formed by an air intake. opening into the exhaust pipe.
In the figures, the same or similar elements bear the same reference.
The exhaust gases formed by the combustion engine 1 illustrated in FIG. 1 are directed towards the exhaust manifold 2. In the example chosen, the engine is a four-cylinder in line and therefore has four ends of pipe forming the manifold. exhaust. It goes without saying that this is only an example and that the invention is applicable to any type of combustion engine, whether it is an engine having its cylinders in line, in V or of the boxer type, and that the number of cylinders and the displacement are not essential for the application of the invention. The same goes for the type of fuel used, be it petrol, diesel or LPG. The invention is also also applicable to engines of the Wankel type.
Downstream of the exhaust manifold is mounted a device for creating a depression in the exhaust manifold relative to the pressure prevailing upstream of the exhaust manifold. In the example illustrated in FIG. 1, this device comprises a turbine 3 placed in the flow of the exhaust gases. The rotation of this turbine will cause suction of the exhaust gases present in the exhaust manifold and thus create a vacuum in this manifold.
The suction of the exhaust gases has the advantage of causing a more complete emptying of the burnt gases in the cylinders. Indeed as soon as the exhaust valve opens the exhaust gases will be sucked by the effect of the turbine thus causing better emptying of the cylinder, which in turn will lead to better filling of the cylinder during the next cycle of combustion because there will be no more gas remaining in the cylinder. The efficiency and therefore the power of the engine thus being improved.
To accentuate the suction effect when filling the cylinder, an injection valve opening could be provided on injection engines which would already start when the exhaust valve was not yet completely closed. This would be perfectly achievable by positioning the cams on the camshaft. A slight opening of the intake valve, before the fuel injection phase and before the exhaust valve is not yet completely closed, would cause suction, thanks to the suction effect of the turbine, air present in the intake manifold to the cylinder, allowing better filling of the cylinder, especially at high engine speed.
It naturally takes care that the exhaust valve is no longer too wide open, because otherwise it could cause suction of air to the exhaust manifold and thus have an opposite effect on the engine performance.
In order to cause the suction effect, the turbine must rotate at an adequate speed of rotation and therefore it must be driven at this speed by a booster motor. In the example illustrated in Figure 2 the turbine is driven using the engine crankshaft. The turbine 3 is mounted on an axis 7 provided with a pulley or a toothed wheel 8 on which is mounted a transmission belt 9, preferably a toothed belt, which joins another pulley or toothed wheel 10 mounted on an axis 11 which is driven via the crankshaft.
The diameter of the pulleys or toothed wheels 8 and 10 are preferably different in order to allow a reduction in the engine speed and to turn the turbine 3 at a speed different from that of the engine. - The diameter of these pulleys or toothed wheels 8 and 10 is chosen according to the diameter of the turbine and the number of fins that the turbine contains in order to achieve optimal suction.
In the example illustrated in FIG. 3, the turbine 3 is driven by an electric motor 12. The speed of this electric motor is managed by a management unit 13 connected by a line
15 to the electric motor 12. This management unit 13 comprises for example a microprocessor and a memory. The management unit 13 is connected by a line 14 to the engine management device 16. This management device 16 managing the ignition and / or the fuel injection of the engine. (Such a management device is for example known in the trade under the name of MOTRONIC and is marketed by the firm BOSCH GmbH).
Based on the information obtained from the management device (engine speed, etc.) and depending on the size and number of blades of the turbine, the management unit
13 determines the speed of rotation of the turbine 13 and sends information to the electric motor 12 to adjust the speed of this electric motor 12 as a function of the determined speed of rotation.
FIG. 4 illustrates another embodiment of a device according to the invention for creating a depression in the exhaust pipe. In the exhaust pipe 4, an air intake 5 opens downstream of the exhaust manifold. At the place where the air intake 5 opens in the exhaust pipe a bottleneck 6 is formed. . The air sucked in by the air intake thus enters the exhaust pipe and will cause suction gas at the height of the bottleneck.
The air intake 5 can also be provided with a regulating valve 17 making it possible to adjust the air flow rate sent into the exhaust pipe. This regulating valve 17 is mounted on positioning means 18, for example an adjustable spring, which are controlled by a control unit 19, comprising for example a microprocessor and a memory, which is connected via a line 20 to the engine management system. Depending on the engine speed and the vehicle speed, the valve position is changed. So when the engine is running at high speed and the vehicle is moving slowly the valve will be wide open. On the other hand, if for example the vehicle is traveling at a speed of the order of 130 km / h and the engine is running at 4,500 rpm, the valve will only be half open.
Indeed, at this speed there is a lot of air displaced by the vehicle and therefore a high air flow which is presented at the inlet of the air intake. The engine on the other hand only runs at medium speed and at this speed it has good combustion. By putting the valve in an intermediate position, we manage to send a sufficient amount of air into the exhaust pipe to cause the suction effect.
You can also combine the air intake and the turbine. The air intake would preferably open out. downstream of the turbine thus increasing the suction effect.
Aside from - the power gain already mentioned, the device according to the invention also has. a favorable effect on pollution. In fact, by mixing air with the exhaust gas, the latter are diluted, which makes them less harmful. In particular for cars fitted with a catalytic converter, diluting the exhaust gases can increase the efficiency of the catalyst.
In addition, the use of the device according to the invention allows in all circumstances a good evacuation of the exhaust gases and therefore imposes a less strict configuration in the design of the exhaust pipe and the manifold, which if necessary can then result in an aerodynamic advantage.
CLAIMS
1. Combustion engine provided with an exhaust pipe (2) allowing the evacuation of the exhaust gases formed by combustion in the engine, characterized in that a device for creating a depression in the exhaust pipe by relative to the pressure prevailing upstream of the exhaust manifold is mounted downstream of the exhaust manifold.