Brevet FR2617903A1 — publié le 19890113

POT D'ECHAPPEMENT DE GAZ BRULES. La présente invention concerne les dispositifs d'atténuation de bruit et d'épuration des gaz brûlés, dénommés couramment "pots d'échappement" pour les moteurs à combustion interne. Les pots d'échappement d'usage courant sont généralement constitués par une enceinte en tôle dans laquelle pénètrent, puis circulent les gaz suivant un parcours en chicanes, traversant des zones d'expansion, avant d'en sortir un peu refroidis et sans émettre de bruit violent. Les différents éléments entrant dans la fabrication du pot sont généralement en tôle soudée, de préférence d'un métal inoxydable pour résister à la corrosion active des gaz brûlés, ce qui fait appel à des techniques de façonnage assez onéreuses mises oeuvre par un personnel spécialisé. Lorsqu'on désire soumettre les gaz brûlés à un traitement purificateur par catalyse, on les amène à circuler au contact de substances catalytiques fixées sur un substrat en céramique, ou métallique, généralement soudé, ou brasé sur de. la tôle, ce qui nécessite encore une technicité élevée qui grève le coût de tels pots d'échappement. L'invention a pour but la réalisation de pots d'échappement d'assemblage facile et se prêtant particulièrement bien à l'équipement catalytique par une grande surface de contact avec les gaz sous faible épaisseur. L'invention a pour objet un pot d'échappement en tôle, pour l'atténuation du bruit et/ou le traitement catalytique des gaz brûlés d'un moteur à combustion interne, comprenant une enceinte extérieure cylindrique dont les extrémités sont fermées chacune par une paroi traversée, respectivement, par une tubulure d'amenée des gaz du moteur, et par une tubulure d'évacuation; - pot caractérisé en ce que la tubulure d'amenée débouche à l'entrée d'un canal axial interne de répartition dont l'extrémité est obturée et dans la paroi latérale duquel s'ouvrent une pluralité de canaux radiaux de laminage des gaz, dont la paroi est éventuellement tapissée d'un catalyseur, et qui débouchent dans un collecteur annulaire conduisant à une chambre communiquant avec la tubulure d'évacuation. Suivant un mode de réalisation particulièrement avangeux, les canaux radiaux sont ménagés entre les parois contigües de rondelles annulaires cannelées radialement et empilées, dont la tranche interne forme la paroi latérale du canal de répartition et dont la tranche externe forme la paroi interne du collecteur annulaire. De telles rondelles sont de préférence tronconiques afin de réaliser un centrage automatique de l'empilage. L'angle de conicité peut être choisi à volonté, mais une conicité d'environ 1500 parait convenir bien à la réalisation d'outils d'emboutissage. Pour des applications particulières, il peut être avantageux d'interrompre les canaux par au moins une chambre annulaire d'expension, coaxiale au canal de répartition, qui peut amener une meilleure atténuation du bruit. Dans un tel mode de réalisation, il est possible de conférer aux tronçons successifs de canaux, séparés par une chambre d'expansion, des propriétés différentes, par exemple avec ou sans revêtement catalytique, ou avec des catalyseurs de nature différente, et d'effectuer ainsi une épuration fractionnée des gaz, éventuellement plus efficace. On peut ménager les canaux aussi bien entre deux surfaces cannelées ou plissées, qu'entre une surface cannelée ou plissée et une surface lisse. Suivant le cas, on pourra réaliser des canaux plus ou moins creux. Au moins une des surfaces contigües peut présenter des bossages d'écartement et il est ainsi possible d'avoir des canaux lamellaires, un canal unique pouvant alors s'étaler sur tout l'intervalle entre deux rondelles ou spires contigües de l'empilage. Il est encore possible de former l'empilage avec des rondelles de nature différente alternée, par exemple certaines avec revêtement catalytique, d'autres sans, ou avec un revêtement catalytique différent. On peut monter au moins deux pots en série, la tubulure d'évacuation d'un pot amont se prolongeant par le canal interne de répartition d'un pot aval. Pour certaines -applications, notamment Si on désire abaisser un peu la température des gaz avant contact avec les parois des canaux, on peut réaliser des pots dans lesquels les tubulures dites d'amenée et d'évacuation sont inversées, les gaz brûlés arrivant dans le pot par la tubulure d'évacuation et en sortant par la tubulure d'amenée. Dans tous les modes de réalisation, les rondelles c o n t i g ü e s p e u v e n t porter les unes sur les autres, ce qui permet de réaliser des empilages assemblés et maintenus mécaniquement, évitant les soudures délicates, et donc à moindre coût. Les dessins annexés représentent, à titre d'exemples parmi les-nombreuses variantes et adaptations envisageables par un technicien averti, dans le cadre de l'invention, plusieurs modes de réalisation de pots d'échappement conformes à l'invention. Sur ces dessins La figure 1 est une vue schématique, simplifiée, en coupe diamétrale longitudinale, d'un pot d'échappement suivant l'invention; La figure 2 est une vue en coupe diamétrale transversale, suivant la'ligne II-II de la figure 1; La figure 3 représente schématiquement en perspective deux rondelles tronconiques cannelées successives d'un empilage formant des canaux radiaux de laminage des gaz; La figure 4, est une vue analogue à celle de la figure 3, dans laquelle l'une des rondelles est lisse;; La figure 5 est une vue schématique simplifiée en coupe diamétrale longitudinale d'un ensemble combiné de deux pots suivant l'invention montés en série; La figure 6 est une vue schématique simplifiée en coupe diamétrale longitudinale d'un pot suivant l'invention avec chambre d'expension intercalaire et circulation des gaz inverse de celle des modes de réalisation précédents; et Les figures 7 à 11 sont des vues schématiques, montrant divres modes de formation des canaux radiaux entre deux parois contigües. Sur ces dessins, les éléments correspondants sont désignés parles mêmes références numériques, éventuellement affectées d'un indice. Le pot d'échappement suivant l'invention représenté sur la figure 1 comprend essentiellement une enceinte extérieure 1 formée de façon classique par deux demi-coquilles en tôle réunies par des prolongements latéraux 13 de leurs bases. Les demi-coquilles retiennent entre chacune de leurs extrémités resserrées une tubulure respectivement d'amenée des gaz 2 et d'évacuation des gaz 3. A l'intérieur de l'enceinte cylindrique 1, la tubulure d'amenée 2 se prolonge par un canal axial 4 dont le fond est fermé par une paroi 5 et dont la paroi latérale est délimitée par les tranches internes 10 de rondelles annulaires 8 tronconiques empilées'sur la paroi 5. Les rondelles 8 sont contenues axialement par un flasque annulaire 14, au centre duquel est soudée l'extrémité de la tubulure d'amenée 2. Les rondelles 8 sont maintenues latéralement par des brides annulaires 15 soudées ou rivetées sur des longerons 16 eux-mêmes assujettis par des rivets ou des boulons 17, 18 respectivement à la paroi 5 et au flasque 14 Les tranches externes des rondelles 8 délimitent la paroi interne d'un collecteur annulaire 7 qui débouche dans une chambre 19 communiquant avec la tubulure d'évacuation 3. Des ajours 20 dans les brides 15 et la paroi 5 permettent la circulation des gaz dans le collecteur 7 et vers la chambre 19. Les rondelles 8 ainsi empilées et appliquées les unes contre les autres définissent entre elles des canaux radiaux 6 de laminage des gaz de formes diverses suivant la form,e des rondelles et leurs dispositions respectives. La figure 3 représente des rondelles 8, 8' avec des cannelures 9, 9' qui peuvent être disposées en regard les unes des autres (figure 8) ou décalées (figure 7) pour former des canaux de section simple 6 ou double 6' La figure 4 représente une variante selon laquelle l'une des rondelles 8a est plissée et l'autre 8b est lisse, en alternance dans l'empilage. Cette variante peut être avantageuse si la couche éventuelle de substance catalytique est relativement fragile. En ce cas, on l'appliquera seulement sur les rondelles lisses 8b. L'assemblage des rondelles alternativement lisses et plissées ménage entre elles de fins canaux radiaux 6b (figure 11). Suivant une autre variante représentée sur la figure 10, les rondelles 8c sont toutes plissées et déterminent entre elles des canaux radiaux 6c. On peut également utiliser des rondelles (ou des bandes) lisses 8d mais présentant par endroits des bossages 21 qui définissent et maintiennent un léger écartement entre les faces en regard des rondelles 8d (figure 9). En ce cas , les canaux radiaux 6d occupent tout l'espace libre entre les rondelles et imposent un écoulement lamellaire aux gaz. La figure 5 représente un pot double dans lequel un pot amont 101, analogue à celui de la figure 1 est abouté à un pot aval 102, identique ou analogue. La tubulure d'évacuation 103 du pot amont 101 débouche dans le canal axial de répartition 104 du pot aval 102. Cette disposition peut présenter des avantages notamment du point de vue de l'encombrement diamétral, et pour des traitements catalytiques successifs de natures différentes. La figure 6 représente un autre mode de réalisation dans lequel le sens de circulation des gaz est inversé par rapport aux pots des figures 1 et 6. Les gaz arrivent par une tubulure 203 dans une chambre 219 puis, par un collecteur annulaire 207, pénètrent dans un premier réseau de canaux radiaux 206a pour déboucher dans une chambre annulaire d'expension 212. Les gaz traversent ensuite un deuxième réseau de canaux radiaux 206b pour déboucher dans un canal axial 204 communiquant avec une tubulure d'évacuation 202. Les premier et deuxième réseaux de canaux 206a et 206b peuvent être réalisés avec deux empilages concentriques de rondelles, ou avec un empilage unique de rondelles, analogues à celles des figures 3 et 4, ou 1-0, mais présentant des lumières en arc de cercle à l'emplacement de la chambre 212, pour former une pluralité de cham as d'expansion semi-circulaires. Cette disposition --eut permettre une meilleure atténuation du bruit. Parmi les nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art dans le cadre de l'invention, on peut citer le remplacement des brides 15 par une cloison spiralée qui imposerait aux gaz un effet tourbillonnaire dans le collecteur annulaire 7 et la chambre d'évacuation 19, avec éventuellement des chicanes suivant la technique courante des pots d'échappement classiques. De même, les rondelles 8 peuvent être soudées les unes aux autres par points, ainsi qu'à la paroi 5 et au flasque annulaire 14, afin d'éviter des vibrations indésirables dans des conditions particulièrement difficiles. REVENDICATIONS 1 - Pot d'échappement en tôle pour l'atténuation du bruit et/ou le traitement catalytique des gaz brûlés d'un moteur à combustion interne, comprenant une enceinte extérieure cylindrique (1) dont les extrémités sont fermées chacune par une paroi traversée, respectivement, par une tubulure d'amenée (2) des gaz du moteur, et par une tubulure d'évacuation (3); - Pot caractérisé en ce que la tubulure d'amenée (2) débouche à l'entrée d'un canal axial interne (4) de répartition dont l'extrémité (5) est obturée et dans la paroi latérale duquel s'ouvrent une pluralité de canaux radiaux (6) de laminage des gaz, dont la paroi est éventuellement tapissée d'un catalyseur, et qui débouchent dans un collecteur annulaire (7) conduisant à une chambre (19) communiquant avec la tubulure d'évacuation (3). 2 - Pot d'échappement suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les canaux radiaux (6) sont ménagés entre les parois contigües de rondelles annulaires (8) cannelées radialement (9) et empilées, dont la tranche interne (10) forme la paroi latérale du canal de répartition (4) et dont la tranche externe (11) forme la paroi interne du collecteur annulaire (7). 3 - Pot d'échappement, suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les rondelles annulaires (8) sont tronconiques, avec de préférence un angle de conicité d'environ 1500 4 - Pot d'échappement suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les canaux radiaux sont formés par l'espace lamellaire ménagé entre deux parois maintenues parallèles et faiblement écartées par des bossages d'écartement. 5 - Pot d'échappement, suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les canaux radiaux (206a, 206b) sont interrompus par au moins une chambre annulaire d'expansion (212) coaxiale au canal de répartition (204). 6 - Pot d'échappement, suivant l'une des revenu dications 2 à 5, caractérisé en ce que les canaux radiaux (6) sont ménagés entre des parois alternativement lisses (8b) et cannelées (8a) ou plissées. 7 - Pot d'échappement suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux pots (101, 102) montés en série, la tubulure d'évacuation (103) d'un pont amont (101) se prolongeant par le canal interne (104) de répartition d'un pot aval (102). 8 - Pot d'échappement suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les tubulures dites d'amenée et d'évacuation sont inversées, les gaz brûlés arrivant dans le pot par la tubulure d'évacuation et en sortant par la tubulure d'amenée.