Brevet FR2642112A1 — publié le 19900727

L'invention concerne un collecteur d'échappement d'un moteur à combustion interne, notamment suralimenté. A cet effet, ce collecteur d'échappement est destiné à être interposé entre la culasse du moteur et un compresseur du type centrifuge ou turbocompresseur. Les collecteurs d'échappement jusqu'ici utilisés sont généralement constitués d'un ensemble de conduits formés, d'une part de conduits dérivés dont l'extrémité libre dite d'entrée est reliée à la culasse du moteur, et plus particulièrement aux tubulures d'échappement des gaz ménagées dans celui-ci et appelées chapelles, et d'autre part de conduits principaux dans chacun desquels débouchent plusieurs des conduits dérivés précités, et dont l'extrémité libre, dite de sortie, est reliée à un bottier commun.. Le bottier commun dirige les gaz d'échappement reçus des conduits, et en particulier des conduits principaux, vers une turbine dite d'entraînement du turbocompresseur, cette turbine étant reliée mécaniquement en rotation à une turbine dite de suralimentation assurant, directement ou de préférence par l'intermédiaire d'un système de refroidissement, l'arrivée sous pression de l'air formant comburant, et éventuellement du mélange carburant-comburant vers les soupapes d'admission du moteur. Ce type d'unité de suralimentation fonctionne généralement soit selon un mode de suralimentation à pression constante, soit selon un mode de suralimentation par impulsions. Le mode de suralimentation à pression constante nécessitant une chambre collectrice de grand volume et de large section o débouchent les conduits reliés aux cylindres, on préfère utiliser, pour des raisons d'optimisation et de rationalisation, le mode de suralimentation par impulsions. Ce mode de suralimentation utilise les mouvements importants des gaz appelés "bouffées" qui sont générés lors de l'ouverture des soupapes d'échappement. Ces bouffées permettent, lors de leur passage dans la turbine d'entraînement du turbocompresseur, d'augmenter la vitesse de la turbine de suralimentation et d'accroître, par conséquent, le débit et la pression d'air, et éventuellement de mélange carburant-comburant, dans les cylindres. Dès lors, la succession régulière de ces bouffées garantit un fonctionnement efficace du turbocompresseur. Cependant, à l'ouverture des soupapes d'échappement, et avant d'être générées, ces bouffées sont précédées d'une onde de pression susceptible d'être réfléchie dans le collecteur et de revenir par un des conduits, vers les autres cylindres. Ainsi, l'invention a pour but de remédier à cet inconvénient en limitant, de façon notable, le phénomène de réflexion des ondes de pression. Par ailleurs, étant donné qu'il est impératif, dans la plupart des véhicules modernes, d'optimiser l'espace occupé par le groupe motopropulseur pour minimiser son encombrement et améliorer l'habitabilité desdits véhicules, l'invention a de plus pour but d'améliorer le rendement de l'unité de suralimentation collecteur-turbocompresseur, et ce afin de minimiser son volume. Ainsi l'invention a pour objet un collecteur d'échappement d'un moteur à combustion interne suralimenté, destiné à relier chacun des cylindres du moteur à.un turbocompresseur, et du type comprenant plusieurs conduits reliés, d'une part par leur extrémité libre dite d'entrée aux cylindres précités, et d'autre part par leur autre extrémité dite de sortie à un bottier commun dont une partie de liaison est raccordée à l'entrée du turbocompresseur et débouche dans celui-ci, caractérisé en ce que lesdites extrémités de sortie, débouchant de façon adjacente dans ledit bottier commun, sont orientées l'une par rapport à l'autre d'un angle compris entre O et 30 degrés. Suivant une autre caractéristique, lesdites extrémités de sortie sont orientées de préférence de façon sensiblement parallèle. On précisera aussi que les extrémités de sortie débouchant de façon adjacente à la paroi du bottier commun sont orientées de même par rapport à cette paroi de façon sensiblement parallèle. Suivant encore une autre caractéristique, - chaque conduit est relié à l'un, et uniquement à celui-ci, des cylindres du moteur, les flux respectifs d'échappement de chaque cylindre étant séparés des cylindres jusqu'au bottier commun. Mais d'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple, et dans lesquels: - la figure 1 est une vue très schématique d'un collecteur d'échappement selon l'invention qui équipe un moteur à combustion interne, de préférence à quatre cy- lindres, et qui est agencé selon un mode de réalisation préféré; - la figure 2 est une vue très schématique représentant l'orientation de deux conduits adjacents, l'un par rapport à l'autre, du collecteur selon l'invention; - les figures 3a à 3c représentent des courbes d'évolution de la section transversale de chacun des conduits selon l'invention; et - les figures 4a à 4c représentent respectivement différents modes de réalisation des sections de sortie des conduits au niveau de leur réunion avec le bottier commun relié au turbocompresseur. En se reportant à la figure 1, il est représenté, de façon très schématique, un collecteur d'échappement 1 monté entre un moteur à combustion interne 2, de préférence à quatre cylindres respectivement 3, 4, 5 et 6, et une turbine du type centripète d'un turbocompresseur 7. Le collecteur d'échappement 1 est constitué d'un ensemble de quatre conduits 8, 9, 10 et 11 dont l'extrémité libre respective 8a, 9a, 10a et lla dite d'entrée est reliée à la culasse 12 du moteur à combustion interne 2, et plus particulièrement à la ou aux tubulures d'échappement ou chapelles des soupapes d'échappement respectives, non représentées, des cylindres 3 à 6. L'autre extrémité 8b, 9b,. lob, llb dite de sortie de chaque conduit 8, 9, 10 et 11 est reliée, au niveau d'une zone de réunion 13, à un bottier commun 14 dont une partie de liaison 15 est raccordée à un carter d'admission 16 du turbocompresseur 7 et débouche dans celui-ci. En se reportant à la figure 2, on remarquera que les extrémités de sortie des conduits adjacents, par exemple 8 et 9, sont orientées l'une par rapport à l'autre d'un angle a compris entre 0 et 30 degrés, ces extrémités de sortie étant de préférence convergentes vers le bottier commun lorsque l'angle a est différent de zéro. De préférence, et comme cela est représenté sur la figure 1, les extrémités de sortie des conduits adjacents 8-9, 9-10 et 10-11 du collecteur d'échappement 1 sont orientées de façon sensiblement parallèle, l'angle a étant proche de zéro, voire nul. De plus, on précisera que les extrémités de sortie, 8b et Ilb sur la figure 1, qui débouchent de façon adjacente à la paroi du bottier commun 14, prévue dans la zone de réunion 13, sont orientées par rapport à cette paroi de façon sensiblement parallèle. On remarquera aussi, sur la figure 1, que chaque conduit 8, 9, 10 et 11 est relié à l'un, et uniquement à celui-ci, des cylindres 3, 4, 5 ou 6 du moteur 2, les flux respectifs d'échappement de chaque cylindre provenant de la ou des soupapes d'échappement correspondantes étant séparés les uns des autres, des cylindres jusqu'au bottier commun 14. Ainsi, le collecteur d'échappement i selon l'invention ne comporte, parmi l'ensemble des quatre conduits 8 à 11, aucun conduit dérivé formant un nombre de jonctions supplémentaires entre les extrémités d'entrée et de sortie, comme cela est le cas dans les collecteurs d'échappement classiques mentionnés ci-dessus. En se référant aux figures 3a à 3c qui représentent l'évolution de la section efficace S des conduits 8 à 11, en fonction de leur longueur 1, on précisera que la section efficace S1 de chaque extrémité de sortie 8b-11b est réduite pour être inférieure ou sensiblement égale à 0,7 fois la section efficace SO de l'extrémité d'entrée Ba-lla du conduit correspondant. Cette variation de section'VS de chaque conduit 8-11, conduisant à une diminution de sa section de sortie, peut être réalisée, soit comme on le voit sur la figure 3a essentiellement au niveau des extrémités de sortie 8b-llb, soit comme on le voit sur la figure 3b en deux parties et de façon localisée, d'une part au niveau de l'extrémité d'entrée 8a-lla et d'autre part au niveau de l'extrémité de sortie 8b-11b, soit comme cela est représenté sur la figure 3c, de façon répartie sur toute la longueur L des conduits 8 à 11. De préférence, la variation de section VS de chaque conduit 8 à Il est réalisée sur une longueur LO supérieure au diamètre dit équivalent correspondant à la section efficace S0 de l'extrémité d'entrée 8a-lla. Dans le cas o la variation de section VS est répartie au niveau de l'extrémité d'entrée 8a-lla et de l'extrémité de sortie 8b-llb de chaque conduit 8 à 11, on précisera que la somme des longueurs Ll et L2 sur lesquelles est réalisée la variation de section VS, respectivement au niveau de l'extrémité d'entrée et au niveau de l'extrémité de sortie, est supérieure ou égale à la longueur L0. Par ailleurs, en se référant à la figure 1, on remarquera que le bottier commun 14 comporte de même à son extrémité de sortie 17, au niveau de la partie de liaison 15, une section efficace dite de raccordement qui est réduite par rapport à la section efficace dite de réunion de son extrémité d'entrée 18, au niveau de la zone de réunion 13. Dans le cas d'un moteur à quatre cylindres, la section efficace de raccordement de l'extrémité de sortie 17 du bottier commun 14 a une valeur comprise entre 1,5 et 3 fois la section efficace SI de l'extrémité de sortie 8b-llb d'un des conduits 8 à 11. Ainsi, on comprendra que pour n'importe quel type de moteur, la section efficace de raccordement de l'extrémité de sortie 17 du bottier commun 14 est réduite par rapport à la section efficace de réunion de ce même bottier, formée par la somme des sections efficaces S1 des extrémités de sortie 8b-llb des conduits 8 à 11, et est d'une valeur comprise entre 0, 375 et 0,75 fois ladite section efficace de réunion. Il a été représenté sur les figures 4a à 4c différents modes de réalisation des extrémités de sortie 8b à 11b des conduits 8 à 11, dans la zone de réunion 13. Ainsi, sur la figure 4a chaque extrémité de sortie 8b-llb a une forme de secteur et vient s'accoller contre les flancs de deux extrémités de sortie adjacentes et de même forme. Sur la figure 4b, les extrémités de sortie 8b à llb ont respectivement une forme circulaire et sont disposées dans une enveloppe 19 les maintenant adjacentes. Sur la figure 4c, les extrémités de sortie 8b à 11b sont de forme polygonale, de préférence carrée, deux de leurs côtés étant disposés respectivement adjacents à l'un des côtés des autres extrémités de sortie voisines. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés et qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits et ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. REVEND ICAT IONS 1. Collecteur d'échappement d'un moteur à combustion interne suralimenté, destiné à relier chacun des cylindres (3-6) du moteur à un turbocompresseur (7), et du type comprenant plusieurs conduits (8-11) reliés respectivement, d'une part par leur extrémité libre dite d'entrée (8a-lla) aux cylindres précités, et d'autre part par leur extrémité dite de sortie (8b-llb) à un bottier commun (14) dont une partie de liaison (15) est raccordée à l'entrée du turbocompresseur (7) et débouche dans celui-ci, caractérisé en ce que lesdites extrémités de sortie (8b-llb), débouchant de fagon adjacente dans ledit bottier commun (14), sont orientées l'une par rapport à l'autre d'un angle compris entre 0 et 30 degrés. 2. Collecteur d'échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites extrémités de sortie (8b-llb) sont orientées de façon sensiblement parallèle. 3. Collecteur d'échappement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les extrémités de sortie (8b, ilb), qui débouchent de façon adjacente à la paroi du bottier commun (14), sont orientées par rapport à cette paroi de façon sensiblement parallèle. 4. Collecteur d'échappement selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque conduit (8-11) est relié à l'un, et uniquement à celui-ci, des cylindres du moteur, les flux respectifs d'échappement de chaque cylindre (8-11) étant séparés des cylindres jusqu'au bottier commun (14). 5. Collecteur d'échappement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la section efficace (Sl) de chaque extrémité de sortie (8b-llb), qui est réduite, est inférieure ou sensiblement égale à 0,7 fois la section efficace (SO) de l'extrémité d'entrée (8a-lla) du conduit correspondant (8-11). 6. Collecteur d'échappement selon la revendication 5, caractérisé en ce que la variation de section de chaque conduit (8-11) est réalisée sur une longueur (LO) supérieure à la valeur du diamètre dit équivalent de la section efficace de l'extrémité d'entrée (8a-lla). 7. Collecteur d'échappement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la section efficace de raccordement (18) du bottier commun (14) avec le turbocompresseur (7) au - niveau de la partie de liaison (15) est réduite par rapport à-la section efficace de l'extrémité de réunion (18) de ce bottier commun avec les conduits (8-11) qui est formée par la somme des sections (S1) des extrémités de sortie des conduits (8-11), et est d'une valeur comprise entre 0,375 et 0,75 fois ladite section efficace de l'extrémité de réunion (18). 8. Collecteur d'échappement selon l'une quelconque des revendications précédentes équipant un moteur à combustion interne à quatre cylindres, caractérisé en ce que la section efficace de raccordement (17) du bottier commun (14) avec le turbocompresseur (7), au niveau de la partie de liaison (15), est d'une valeur comprise entre 1,5 et 3 fois la section efficace (S1) de l'extrémité de sortie (8b-Ilb) d'un des conduits (8-11).