Brevet FR2610988A1 — publié le 19880819

L'inventlon concerne un aispcsitit d'écbar;- pement d'un moteur à six cylindres en V disposé tWrne- versalement à l'avant d'un véhicule automobile. Dans les v'-hicules récents, il existe unc- certaine tendance à monter le groupe moteur à l'avarnt et en position transversale. Dans le cas des moteurz. V6 c'est-à-dire des moteurs comportant six cylindres dans urne disposition en V, ces six cylindres se répar- tiszent en deux rangées de trois cylindres dont l'une 1 est dspose à l'avant, par ra.rc-rt à la seconde rar- gee:'-u rarnge arrière. Le dispositif d'échappemenQ d'un te' moteur VE tr7isversal comporte une branche 2;:t c.enis':ituée pal une tuycauterie reliée aux tubulu- res ou au collecteur d'échappement des trois cylindres 1; ned la rangée avant et une branche arrière constituée a' une tuyauterie reliée aux tubulures ou au coilec- seur d'echappemernt des tri:s cylindres de la rangée arrière. La 'ianche avant doit passer sous le moteur so.L -t,ur être jointe à la bralnche arrière et const.- tuer une brancte unique. scit pour csLerer sr une certaines; longueur en parallèle avec la tranrche arr:ère avant de constituer uno branche uauue an- les deux cas, les branche[ avant et arrière et la 1-rarche uni- que essurant leur jonction sont dlirigeer suivant la direction longitudinale du véhicule et vers l'arrière et la branche unique est reliée a la ligne d'échappe- ment du véhicule. La branche avant de l'échappement présente donc une longueur supérieure à la branche arrière, ce qui occasionne certains inconvénients en ce qui concerne l'atténuation de certaines harmoniques de l'excitation acoustique de l'échappement. En effet, àans le cas o les deux branches de l'échappement sont de lcngueurs égales, l'excitation acoustique dans les deux branches a la même amplitude et le fonctionnement du moteur V6 est tel que, pour certaines harmoniques, les ondes acoustiques sont en opposition de phase dans les deux branches avant et arrière, si bien que l'ex- citation acoustique s'annule à l'entrée de la branche unique assurant la jonction des branches avant et ar- rière. Il en résulte en particulier, dans ce cas, une compensation naturelle de l'harmonique de fréquence 1,5 N de l'excitation acoustique de l'échappement, N étant le régime ou nombre de tours par minute du mo- teur. Dans le cas o les longueurs des deux bran- cnes ne sont pas identiques, les ondes acoustiques subissent dans la branche la plus longue un déphasage supplémentaire i qui fait que certaines harmoniques (comme 1,5 N) ne se compensent plus naturellement. Le problème posé par l'harmonique 1,5 N spécifique aux moteurs V6 à disposition transversale et sa résolution en utilisant des conduits avant et arrière entièrement symétriques sont bien connus de l'homme de métier. Le déphasage supplémentaire O par rapport à la situation en opposition de phases des excitations acoustiques dans les deux rangées de cylindres peut être fourni par un calcul simplifié et donné par l'ex- pression, pour l'harmonique 1,5 N: = 2 x 3N/2 (12 - 11) C o N est le régime du moteur, 11 la longueur de la branche avant de l'échappement, 12 la longueur de la branche arrière, et C la vitesse du son. Il peut résulter de ce déphasage un niveau de l'harmonique 1,5 N du brait de bouche de l'échappe- ment très élevé, si la différence 12 - 11 est supé- rieure à une certaine limite, si l'excitation acousti- que est forte ou si la vitesse du son est relativement réduite. Le niveau de l'harmonique 1,5 N devient très élevé lorsque la différence de longueur entre les conduits avant et arrière dépasse 400 mm. Générale- ment, cette différence de longueur est voisine de 500mm dans les dispositions habituelles de moteurs V6 transversaux. On a cherché à résoudre ce problème en dimi- nuant le plus possible la différence de longueur entre la branche avant et la branche arrière, ce qui peut être obtenu en rallongeant la branche arrière et/ou en diminuant la longueur de la branche avant. On a ainsi proposé de faire suivre un cheminement tortueux à la branche arrière de l'échappement avant sa jonction avec la branche avant. Cependant une telle disposition présente des inconvénients venant du fait qu'on dispo- se de très peu de place dans le compartiment moteur et que l'écoulement des gaz d'échappement n'est pas sa- tisfaisant dans la partie tortueuse de la branche ar- rière. Elle conduit également à éloigner les cataly- seurs du moteur, ce qui nuit à leur efficacité. Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif d'échappement d'un moteur à six cylin- dres en V disposé transversalement à l'avant d'un vé- hicule automobile, comportant une branche avant qui collecte les gaz d'une première rangée de trois cylin- dres située vers l'avant et une branche arrière qui collecte les gaz d'une seconde rangée de trois cylin- dres située vers l'arrière par rapport à la première rangée, les branches avant et arrière étant consti- tuées par des tuyauteries qui se rejoignent à leur extrémité opposée au moteur, en une branche unique qui est raccordée au pot d'échappement du véhicule, ce dlsposltlf d'échappement permettant d'atténuer les harmoniques de basse fréquence de l'excitation acous- tique de l'échappement et en particulier l'harmonique de fréquence 1,5 N, sans nécessiter, à l'intérieur du compartiment moteur, une disposition particulière des tuyauteries des branches avant et arrièere. Dans ce but, les branches avant et arrière de l'échappement ont des longueurs qui different d'au moins 400 mm et la branche unique est en communication avec l'entrée d'un dispositif a interférences situé en dehors du compartiment moteur dans la ligne d'échappe- ment et comportant au moins deux branches qui consti- tuent par leur réunion un embranchement a l'entrée du dispositif à interferences et un embranchement à la sortie et qui produisent une separation du flux de gaz d'échappement en au moins deux flux et un déphasage des ondes acoustiques a basse frequence circulant dans une des branches par rapport aux ondes circulant dans J'autre branche, de façon que les ondes correspondant à l'harmonlque 1,5 N soient attenuees par interference a la sortie du dispositif à lnterferences. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va décrire, à titre d'exemples non limitatifs, plu- sieurs modes de réalisation d'un dispositif d'échap- pement suivant l'invention. La figure 1 est une vue simplifiée en elé- vation dans la direction transversale d'un moteur V6 et des branches avant et arrlere de son dispositif d'échappement. La figure 2 est une vue schématique d'un em- branchement et les figures 2a et 2b sont des représen- tations vectorielles des débits acoustiques, à la sor- tie de cet embranchement, sans et avec interférences. La figure 3 est une vue schématique en élé- vation d'un dispositif d'échappement suivant l'inven- tion. Les figures 4a, 4b et 4c sont des vues sché- matiques de dispositifs à interférences correspondant à trois modes de réalisation préférentiels de l'inven- tion. Les figures 5A et 5B sont des représenta- tions schématiques de dispositifs à interférences connus utilisés dans le cas de l'atténuation d'ondes acoustiques à fréquence élevée (supérieure à 200 Hz). Sur la figure 1, on voit un moteur V6 placé transversalement dans le compartiment moteur d'un vé- hicule occupant sa partie avant. Ce moteur 1 comporte une rangée avant la et une rangée arrière lb compor- tant chacune trois cylindres, les cylindres de la ran- gée la étant disposés angulairement et dans ce cas précis à 90' par rapport aux cylindres de la rangée lb. Les trois cylindres de la rangée la compor- tent un collecteur d'échappement commun 2a et les trois cylindres de la rangée arrière lb, un collecteur d'échappement commun 2b. Le dispositif d'échappement du moteur 1 comporte, à l'intérieur du compartiment moteur, une branche avant 3a reliée au collecteur 2a et une branche arrière 3b reliée au collecteur 2b. La branche 3a doit passer sous le moteur 1 pour rejoindre la branche 3b, à l'arrière du moteur, ces deux bran- ches étant dirigées en parallèle vers l'arrière du mo- teur (flèches 4). Sur la figure 3, on voit que le moteur 1 et ses tuyauteries d'échappement 3a et 3b sont disposées à l'intérieur du compartiment moteur 5 du véhicule dont on a représenté en pointillés, de façon schémati- que, la paroi de séparation arrière 7. Les branches avant 3a et arrière 3b de l'échappement se rejoignent au niveau d'un embranchement 8, pour constituer une branche unique 10 qui est située & l'extérieur du compartiment moteur 5 et qui est reliée au pot d'é- chappement 11 du véhicule, par l'intermédiaire de tuyauteries et d'un ensemble 12 constituant un dispo- sitif à interférences. On voit que la longueur de la branche avant 3a de l'échappement est beaucoup plus grande que la longueur de la branche 3b, ces longueurs respective- ment L1 et L2 correspondant pour l'une à la longueur de la tuyauterie comprise entre le collecteur 2a et le point de jonction 8 et, pour l'autre, à la longueur de la tuyauterie entre le collecteur 2b et le point de jonction 8. La différence L1 - L2, en général voisine de 800 mm, est nettement supérieure à la limite à par- tir de laquelle le niveau de l'harmonique 1,5 N de- vient très élevé. Le dispositif à interférences 12 comporte deux branches 14 et 15 reliées à la branche unique 10 de l'échappement au niveau d'un embranchement 16. Les deux branches 14 et 15 se rejoignent en un point de jonction 18 en amont du pot d'échappement 11 du véhi- cule. La branche 14 est constituée par un tuyau unique. La branche 15 est constituée par la succes- sion d'un tuyau 19, d'une capacité 20 constituant un silencieux transversal et d'un second tuyau 21. Le premier tuyau 19 permet de joindre l'embranchement 16 dans lequel débouche la branche unique 10, au silen- cieux 20. Le tuyau 21 permet de joindre le silencieux à l'embranchement 18 en amont du pot d'échappement 11. Ce dispositif 12 realise d'une part la sepa- ration du flux gazeux provenant de la branche unique en deux flux circulant respectivement dans la bran- che 14 et dans la branche 15. Ce dlspositif 12 constitue également un at- ténuateur pour les harmoniques a basse fréquence de l'excitation acoustique dans le dispositif d'échappe- ment, la branche 15 constituant un déphaseur et la branche 14 n'assurant qu'un faible déphasage. Le silencieux 20 est placé à une distance dl de l'embranchement 16 qui correspond sensiblement a la longueur du tuyau 19 de la branche 15 et à une distan- ce d2 de l'embranchement de sortie 18 du dispositif à interférences qui correspond sensiblement à la lon- gueur de la tuyauterie 21. La tuyauterie 14 présente une grande lon- gueur correspondant à la longueur dl + d2. Un dispositif tel que le dlsposit:lf 12 cons- titue un atténuateur tres energique dans une certaine plage de basses fréquences et en particulier pour l'harmonlque de frequence 1,5 N du moteur. L'homme du metier sait déterminer les longueurs des branches 14 et 15, les longueurs dl et d2, le volume 20 et les diamètres des tuyaux des branches -14 et 15 de façon que les débits acoustiques à la sortie du dispositif 12 s'annulent et que le flux gazeux puisse passer avec un minimum de perte de charge. On va se reporter aux figures 2, 2a et 2b pour expliquer le fonctionnement d'un dispositif à in- terférences. Sur la figure 2, on a représenté de façon schématique un embranchement pouvant constituer l'em- branchement de sortie d'un dispositif à interférences. Cet embranchement comporte une première branche 22, une seconde branche 23 et une branche de sortie 24. Soit dl, d2 et ds, les vecteurs de Fresnel représentant, pour l'harmonique considérée,les débits sortant des branches 22 et 23 et entrant dans la branche de sortie 24. Soit des sections des conduits 22, 23 et 24 telles que d + d2'u ds, on observe un phénomène d'in- terférences si: Idl + d21 _Ip - -a. Id + d21 Sur la figure 2a, on a représenté les vec- teurs dl, d2 et ds tel qu'aucune des relations 1 et 2 ne soit vérifiée. Dans ce cas, il n'y a pas interfé- rence. Sur la figure 2b en revanche, on a représen- té les vecteurs dl, d2 et ds de façon que la relation 1 soit vérifiée. Dans ce cas, il y a interférence. Un dispositif à interférences suppose donc l'existence de deux branches entre lesquelles on sépa- re un flux pour obtenir deux flux gazeux et acousti- ques qui sont ensuite réunis, à la sortie des branches du dispositif à interférence. Sur chacune des branches les flux gazeux et acoustiques subissent des traitements différents qui produisent un déphasage différent des ondes acousti- ques. En réglant les débits acoustiques et le dé- phase des deux flux l'un par rapport à l'autre à la sortie des branches, on peut atténuer fortement ou même annuler certaines composantes de fréquence de l'excitation acoustique. Dans le cas du dispositif 12 représenté sur la figure 3 qui est équivalent à un système masse- ressort-masse en mecanique des solides, la presence du silencieux 20 et la disposition des tuyauteries assu- rent un déphasage supérieur af à partir d'une certal- ne fréquence fO. La section et la longueur de la première branche 14 sont choisies de façon que les débits acoustiques sortant des deux branches 14 et 15 soient sensiblement égaux en amplitude pour une fréquence f un peu supérieure a fO. La branche 14 ne produit qu'un dephasage faible. L'effet d'interférence est maximum pour la frequence f et s'étend sur une certaine plage de fré- quence autour de f. Le dispositif est conçu pour que la fréquence f corresponde à 1,5 N, N correspondant au regime normal du moteur. Sur les figures 4a, 4b et 4c, on a représen- té trois types de dispositifs à interférences suscep- tibles d'être utll:ses pour l'attenuatlon des compo- santes basse frequence, au voisinage de l'harmonlque 1,5 N, dans un dispositif d'échappement d'un moteur V6 transversal tel que represente sur la figure 3. Sur les figures 4a, 4b, 4-:, le dispositif à interferences comporte une première branche 24 qui est un simple tuyau et une seconde branche 25a, 25b ou 25c sur laquelle est intercalé un silencieux 26a, 26b et 26c, respectivement. Le silencieux 26a est une simple cavité dans laquelle pénètrent les parties d'extrémité d'un tuyau d'entrée 27 et d'un tuyau de sortie 28. Le silencieux 26b est une capacité traversée par un tuyau 29 comportant, dans sa partie traversant la capacité 26b, des orifices 30 soigneusement cali- brés et disposés suivant la longueur et la circonfé- rence du tuyau 29. Le silencieux 26c est une capacité partagée en deux chambres 26e et 26f au moyen d'une paroi 26d dans lesquelles débouchent les extrémités respective- ment d'un tuyau d'entrée 31 et d'un tuyau de sortie 32 et qui sont reliées par un tuyau intermédiaire 33. Dans tous les cas, les longueurs des bran- ches 24 et 25 sont suffisamment grandes pour permettre le traitement d'ondes acoustiques à basse fréquence, c'est-à-dire ayant des longueurs d'onde importantes. Dans tous les cas, le déphasage introduit par la dissymétrie des deux branches du dispositif 12 doit prendre une valeur suffisante pour qu'on obtienne un phénomène d'interférences permettant d'atténuer l'harmonlque 1,5 N, N correspondant au régime normal du moteur en tours par minute. Il est bien évident également que l'ensemble du dispositif à interférences sera toujours disposé à l'exterleur du compartiment moteur et associé à une partie du véhicule dans laquelle l'encombrement d'ail- leurs réduit du dispositif à interférences n'est pas un éelment critique. La mise en oeuvre de l'invention suppose la séparation du flux des gaz d'échappement en au moins deux flux gazeux et acoustiques, un traitement dlffé- rent des deux flux gazeux et acoustiques dans des branches de grande longueur introduisant un déphasage des ondes à basse fréquence et une réunion des deux flux à un moment ou les déphasages et amplitudes pour les fréquences considérées permettent une atténuation importante. Sur les figures 5A et 5B, on a représenté deux types de dispositifs à interférences connus pour leur utilisation dans l'atténuation des fréquences élevées correspondant à de faibles longueurs d'onde. 1 1 Ces dispositifs mettent en oeuvre des longueurs de tuyauterie faibles et ne permettent pas de produire un déphasage important des ondes acoustiques dans l'une et l'autre branches, pour les basses fréquences, c'est-à-dire les grandes longueurs d'onde. L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation qui ont été décrits. C'est ainsi qu'on peut imaginer l'utilisa- tion de dispositifs quelconques pour introduire une dissymétrie importante entre les deux branches du dispositif à interférences. Le dispositif à interférences est disposé de préférence juste en amont du pot d'échappement du vé- hicule mais il est également possible d'éloigner plus ou moins ce dispositif en utilisant une tuyauterie de liaison de plus ou moins grande longueur. La tuyaute- rie joignant le dispositif à interférences aux bran- ches avant et arrière de l'échappement peut avoir elle-même une longueur variable, en fonction des ca- ractéristiques des branches avant et arrière de l'é- chappement et du dispositif à interférences. Les branches avant et arrière peuvent comporter des dispositifs tels que des catalyseurs qui ne changent rien en ce qui concerne le problème de l'harmonique 1,5 N et de sa résolution par le disposi- tif selon l'invention. REVENDICATIONS 1.- Dispositif d'échappement d'un moteur à six cylindres en V disposé transversalement à l'avant d'un véhicule automobile, comportant une branche avant (3a) qui collecte les gaz d'une première rangée de trois cylindres (la) situés vers l'avant et une bran- che arrière (3b) qui collecte les gaz d'une seconde rangée (lb) de trois cylindres situés vers l'arrière par rapport à la première rangée (la), les branches avant et arrière (3a, 3b) étant constituées par des tuyauteries se rejoignant à leur extrémité opposée au moteur (1) en une branche unique (10) qui est raccor- dée au pot d'échappement (11) du véhicule, caractérisé par le fait que les branches avant et arrière (3a, 3b) de l'échappement intercalées entre le moteur (1) et le point de jonction (8) avec la branche unique (10) ont des longueurs qui diffèrent d'au moins 400 mm et que la branche unique (10) est en communication avec l'en- trée d'un dispositif à interférences (12) situé en dehors du compartiment moteur (5) dans la ligne d'é- chappement et comportant au moins deux branches (14, ) qui constituent, par leur réunion, un embranche- ment (16) à l'entrée du dispositif à interferences (12) et un embranchement (18) à la sortie, et qui pro- duisent une séparation du flux de gaz d'échappement en au moins deux flux et un déphasage des ondes acousti- ques à basse fréquence circulant dans une des branches (15) par rapport aux ondes circulant dans l'autre branche (14), de façon que les ondes correspondant à l'harmonique 1,5 N, N étant le régime normal du mo- teur, soient atténuées par interférences, à la sortie (18) du dispositif à interférences. 2.- Dispositif d'échappement suivant la re- vendication 1, caractérisé par le fait que le disposi- tif à interférences comporte une branche (14, 24) constituée par un simple tuyau et une branche (15, a, 25b, 25c) sur laquelle est interposé un silen- cieux transversal (20, 26a, 26b, 26c). 3.- Dispositif d'échappement suivant la re- vendication 2, caractérisé par le fait que le silen- cieux (26a) est constitué par une capacité dans la- quelle débouchent l'extrémité d'un tuyau d'arrivée (27) et l'extrémité d'un tuyau de sortie (28). 4.- Dispositif d'échappement suivant la re- vendication 2, caractérisé par le fait que le silen- cieux (26b) est constitué par une capacité traversée par un tuyau (29) comportant des perforations (30) dans sa partie située à l'intérieur de la capacité (26b). 5.- Dispositif d'échappement suivant la re- vendication 2, caractérisé par le fait que le silen- cieux (26c) est constitué par une capacité partagée en deux chambres (26e) et (26f) au moyen d'une paroi (26d) dans lesquelles débouchent les extrémités res- pectivement d'un tuyau d'entrée (31) et d'un tuyau de sortie (32) et qui sont reliées par un tuyau intermé- diaire (33).