Brevet FR2722243A1 — publié le 19960112

COLLECTEUR D'ECHAPPEMENT POUR MOTEUR A COMBUSTION INTERNE La présente invention se rapporte à un collecteur d'échappement pour moteur à combustion interne destiné notamment à équiper un véhicule automobile. Généralement, un moteur à combustion interne destiné à équiper un véhicule automobile est muni d'un dispositif d'échappement des gaz brûlés comprenant notamment un collecteur présentant des tubulures réunissant l'entrée du pot d'échappement aux sorties des conquit d'échappement des cylindres agencés dans la culasse du moteur. De par sa fonction et son implantation, c'est une pièce de taille et/ou de masse importante placée en porte-à-faux et liée rigidement à la culasse, le collecteur d'échappement est soumis à d'importantes vibrations résultant des excitations du bloc moteur ou encore des pulsations acoustiques provoquées par le débit des gaz brûlés. Dans le but de réduire les vibrations de la ligne d'échappement il est courant d'intercaler un joint autorisant un certain débattement angulaire entre le collecteur solidaire du moteur et le pot d'échappement situé en aval, de tels moyens sont notamment décrits dans les demandes de brevet NO Fr-81/14729 ou Fr-78/069692. De tels joints ne peuvent toutefois absorber les dilatations des différentes pièces des dispositifs d'échappement soumises à des échauffements importants. Ainsi, les dilatations thermiques affectant les collecteurs d'échappement du fait notamment des longueurs et des inclinaisons différentes des tubulures génèrent des efforts importants qui sont à l'origine de fissurations et de fuites de gaz brûlés à l'interface entre la culasse et le collecteur malgré l'existence d'un joint d'étanchéité. Pour pallier ces inconvénients, il est aujourd'hui préconisé de renforcer la rigidité du du collecteur en particulier par nervurage ou encore d'augmenter les épaisseurs des parois jans les zones critiques. Ces solutions conduisent toutefois à augmenter la masse du collecteur d'échappement et l'inertie thermique de la pièce. La présente invention a pour but de réaliser un dispositif d'échappement pour un moteur à combustion interne qui évite les inconvénients précités et qui est particulièrement simple à réaliser. Le collecteur d'échappement pour moteur à combustion interne multicylindre selon l'invention, comprend des tubulures destinées à réunir l'entrée du pot d'échappement aux sorties des conduits d'échappement des cylindres agencés dans la culasse du moteur, ces tubulures étant solidaires à leur extrémité amont d'une bride permettant leur fixation sur la culasse. Selon l'invention, le collecteur d'échappement pour moteur à combustion interne est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens adaptés pour absorber les dilatations thermiques desdites tubulures. Selon une autre caractéristique du collecteur d'échappement pour moteur à combustion interne objet de l'invention, les moyens adaptés pour absorber les dilatations thermiques des tubulures coopèrent avec chacune des ces dernières de façon à générer une augmentation localisée de leur flexibilité. Selon une autre caractéristique - du collecteur d'échappement pour moteur à combustion interne objet de l'invention, les moyens adaptés pour absorber les dilatations thermiques des tubulures s'étendent au voisinage de la bride de fixation. Selon un premier mode de réalisation du collecteur d'échappement pour moteur à combustion interne objet de l'invention, les moyens adaptés pour absorber les dilatations thermiques des tubulures sont formés par au moins une zone annulaire élargie définie sur chacune des tubulures, ces zones élargies formant des ondulations propres à filtrer tant les dilatations axiales que radiales des tubulures. Selon un autre mode de réalisation du collecteur d'échappement pour moteur à combustion interne objet de l'invention, les moyens adaptés pour absorber les dilatations thermiques des tubulures sont formés par au moins une rainure circonférentielle s'étendant directement dans la bride de fixation autour du passage de chacune des tubulures, ces rainures permettant de filtrer tant les dilatations axiales que radiales des tubulures. On comprendra mieux les buts, aspects et avantages de la présente invention, d'après la description exposée ci-après de deux modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 représente une vue générale schématique d'un collecteur d'échappement pour moteur à combustion interne la figure 2 est une vue en coupe partielle du collecteur selon la ligne II-II de la figure 1, représentant une première variante de réalisation de l'invention la figure 3 est une vue similaire à celle de la figure 2, représentant une seconde variante de réalisation de l'invention. Conformément aux figures 1 à 3, seules les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention ont été figures. Classiquement un moteur à combustion interne moderne du type multicylindre, à allumage commandé ou à allumage par compression, présente un bloc-cylindres dans lequel sont montés plusieurs pistons qui coulissent dans des alésages cylindriques correspondants. Ce bloc-cylindres est surmonté d'une culasse munie de conduits d'admission des gaz comburants et d'échappement des gaz brûlés débouchant dans les chambres de combustion agencées sur la face inférieure de la culasse. Les conduits d'admission et d'échappement s'étendent sensiblement transversalement à travers la culasse pour déboucher respectivement sur l'une et l'autre des faces latérales de la culasse od ils sont raccordés à un collecteur respectivement d'admission et d'échappement. Le circuit d'échappement des gaz bilés s'étendant à l'extérieur d'un moteur à combustion interne comprend donc à son extrémité amont, dans le sens de l'écoulement des gaz brûlés, un collecteur du type du collecteur 1 représenté à la figure 1 qui comporte autant de tubulures distinctes 2,3,4,5 que le moteur comporte de cylindres. Ces tubulures 2,3,4,5 qui sont destinées à prolonger les conduits intérieurs d'échappement agencés dans la culasse, sont donc directement fixées sur la face échappement de cette derniere avec interposition d'un joint d'étanchéité non figuré par l'intermédiaire d*'une bride de fixation 6 et par des vis correspondantes. Les tubulures 2, 3, 4, 5 ont des longueurs et des inclinaisons adaptées de façon à pouvoir être raccordées conjointement dans un unique conduit de liaison commun non figuré conduisant les gaz à l'entrée d'un réacteur catalytique, les gaz étant ensuite rejetés à l'atmosphère à la sortie de la ligne d'échappement. Conformément à l'invention, le collecteur 1 est muni de moyens adaptés pour absorber les déformations cycliques des tubulures soumises à des échauffements répétés. De tels moyens destinés à contrôler la dilatation des tubulures et empêcher la mise en contrainte du collecteur en autorisant une augmentation localisée de la flexibilité sont représentés conformément aux figures 2 et 3. La figure 2 concerne plus particulièrement un collecteur d'échappement 21 de type mécano-spudé utilisant des tubulures rapportées, constituées par des éléments de tubes en acier soudés à une de leurs extrémités à un alésage correspondant de la bride de fixation 26. Chacune des tubulures du collecteur est alors de façon similaire à la tubulure 22 conformée par emboutissage pour présenter au moins une zone annulaire élargie 27 définissant une ondulation s'étendant au voisinage de la bride de fixation 26, ondulation 27 propre à filtrer tant les dilatations axiales que radiales de la tubulure 22. La largeur 1 et la profondeur h de chaque ondulation 27 ainsi que le nombre total d'ondulations prévues, sont déterminées en fonction des caractéristiques mécaniques de l'acier utilisé pour fabriquer les tubulures et des températures atteintes lors du fonctionnement du moteur L'utilisation de telles ondulations 27 permet grâce à leur grande flexibilité, d'absorber simplement et efficacement les déplacements des tubulures engendrés par leur dilatation sous l'effet d'un échauffement important lors du fonctionnement du moteur. Cette caractéristique du collecteur 21 selon l'invention permet donc de façon simple et fiable de réduire les contraintes de fatigue à travers le collecteur et ce, notamment au niveau des zones critiques telles que les zones de soudures. La figure 3 concerne plus particulièrement un collecteur d'échappement monopièce 31 en fonte où les tubulures 32 et la bride 36 sont obtenues directement sous la forme d'une seule pièce par fonderie. La bride 36 présente autour du passage de chacune des tubulures 32, au moins une rainure circonférentielle 37 qui a pour effet de réduire localement la rigidité du collecteur 31 et d'autoriser un déplacement axial des tubulures. La largeur b et la profondeur a de cette rainure 37 ainsi que le nombre de rainures prévues sont déterminés en fonction des caractéristiques mécaniques de la fonte utilisée pour le collecteur 31 et des températures atteintes lors du fonctionnement du moteur. L'utilisation de telles rainures 37 permet grâce à la flexibilité qu'elles confèrent, d'absorber simplement et efficacement les déplacements des tubulures engendrés par leur dilatation sous l'effet d'un échauffement important lors du fonctionnement du moteur. Le collecteur 31, tout comme le collecteur 21, est donc parfaitement apte à supporter les contraintes thermiques dont il est le siège sans préjudice de sa tenue mécanique et permet d'assurer de ce fait une bonne étanchéité à l'interface entre la culasse et sa bride de fixation. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. REVENDICATIONS [1] Collecteur d'échappement pour moteur à combustion interne multicylindre comprenant des tubulures (2,3,4,5;22;32) destinées à réunir l'entrée du pot d'échappement aux sorties des conduits d'échappement des cylindres agencés dans la culasse du moteur, lesdites tubulures étant solidaires à leur extrémité amont d'une bride (6;26;36) permettant leur fixation sur ladite culasse, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens adaptés (27;37) pour absorber les dilatations thermiques desdites tubulures (2,3,4,5;22;32). [2] Collecteur d'échappement pour moteur à combustion interne multicylindre selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens adaptés (27;37) pour absorber les dilatations thermiques coopèrent avec chacune desdites tubulures (2,3,4,5;22;32) de façon à générer une augmentation localisée de leur flexibilité. [3] Collecteur d'échappement pour moteur à combustion interne multicylindre selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que les moyens adaptés (27;37) pour absorber les dilatations thermiques desdites tubulures (2,3,4,5;22;32) s'étendent au voisinage de la bride de fixation (26;36). [4] Collecteur d'échappement pour moteur à combustion interne multicylindre selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens adaptés pour absorber les dilatations thermiques desdites tubulures (22) sont formés par au moins une zone annulaire élargie (27) définie sur chacune des tubulures (22), lesdites zones élargies (27) formant des ondulations propres à filtrer tant les dilatations axiales que radiales des tubulures (22). [5] Collecteur d'échappement pour moteur à combustion interne multicylindre selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens adaptés pour absorber les dilatations thermiques desdites tubulures (32) sont formés par au moins une rainure circonférentielle (37) s'étendant dans la bride de fixation (36) autour du passage de chacune des tubulures (32), lesdites rainures (37) permettant de filtrer tant les dilatations axiales que radiales des tubuLures (32).