Brevet FR2727466A1 — publié le 19960531

COLLECTEUR D'ECHPPEMENT 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. Les moteurs à combustion interne équipant les véhicules automobiles sont généralement munis de circuits d'échappement destinés à traiter les gaz brûlés avant leur rejet à l'atmosphère. Ces circuits comprennent classiquement une ligne d'échappement s'étendant principalement sous le véhicule, formée notamment de tubes, de pots de détente et de silencieux, ainsi qu'un collecteur fixé à la culasse du moteur et destiné à réunir l'entrée de la ligne d'échappement aux ouvertures de sorties des différents conduits d'échappement agencés dans la culasse. Les collecteurs d'échappement équipant les moteurs à combustion interne de véhicule automobile sont traditionnellement conçus de manière à assurer un bon compromis entre les performances du moteur, l'encombrement dans le compartiment moteur du véhicule, la durabilité et les coûts de production en grande série. Les impératifs de réduction de la pollution émise par les moteurs ont amené les constructeurs automobiles à utiliser des pots catalytiques disposés en tête de la ligne d'échappement pour bénéficier au mieux de la chaleur de gaz brûlés. En effet, le rendement des pots catalytiques, c'est-àdire le taux de gaz brûlés dépollués, dépend fortement de la température des gaz brillés les traversant. La seule disposition du pot catalytique en tête de ligne d'échappement s'avère toutefois insuffisante pour obtenir des gaz brûlés suffisamment chauds en toute circonstance et notamment lors des démarrages à froid suivis de fonctionnements à faibles charges (fréquents en circulation urbaine). I1 est donc apparu nécessaire de modifier la conception même des collecteurs d'échappement de façon à limiter au maximum la chute de la température des gaz brûlés entre les sorties culasse et l'entrée catalyseur. De nombreuses solutions techniques ont ainsi été développées pour réduire les pertes thermiques des gaz d'échappement traversant les collecteurs d'échappement et notamment en calorifugeant ces derniers, on peut ainsi citer le document JP 61-215.415 qui divulgue un collecteur présentant un revêtement intérieur des conduits à base de fibres céramiques isolantes. Les solutions connues ont toutefois pour inconvénients d'être coûteuses à réaliser et de présenter par ailleurs des risques pour la tenue des pots catalytiques notamment lors des fonctionnements à fortes charges.En effet, lors des fonctionnements à fortes charges les gaz brûlés insuffisamment refroidis lors de la traversée de collecteurs ainsi isolés, pénètrent dans les pots catalytiques avec des températures particulièrement élevées susceptibles d'entratner la destruction rapide des revêtements catalytiques. La présente invention a donc pour but de réaliser un collecteur d'échappement présentant peu de pertes thermiques essentiellement lors des fonctionnements à faibles charges et qui soit simple et économique à réaliser. Le collecteur d'échappement selon l'invention est destiné à équiper un moteur à combustion interne multicylindre et plus particulièrement à réunir l'entrée d'une ligne d'échappement aux ouvertures de sortie d'une pluralité de conduits d'échappement agencés dans la culasse du moteur. Selon l'invention, le collecteur d'échappement pour moteur à combustion interne est caractérisé en ce qu'il comprend un bottier oblong présentant une vaste cavité intérieure dans laquelle peuvent librement circuler les gaz brûlés entre d'une part une pluralité de passages d'entrée ménagés à travers une paroi latérale du boîtier et destinés à être positionnés en correspondance avec les ouvertures de sortie des conduits d'échappement ménagés dans la culasse et d'autre part une unique ouverture de sortie destinée à être raccordée à la ligne d'échappement. Selon une autre caractéristique du collecteur d'échappement pour moteur à combustion interne objet de l'invention, la cavité présente une section transversale supérieure à au moins quatre fois la section de l'un quelconque des passages d'entrée. Selon une autre caractéristique du collecteur d'échappement pour moteur à combustion interne objet de l'invention, la paroi latérale à travers laquelle sont ménagés les passages forme une bride de fixation du bottier pour son montage sur la culasse. Selon une autre caractéristique du collecteur d'échappement pour moteur à combustion interne objet de l'invention, l'ouverture de sortie du bottier est ménagée au voisinage de l'une des extrémités longitudinales de ce dernier. Selon une autre caractéristique du collecteur d'échaplpement pour moteur à combustion interne objet de l'invention, la section transversale de la cavité intérieure du bottier évolue en augmentant progressivement entre l'extrémité longitudinale opposée à l'extrémité où est ménagée ladite ouverture de sortie et cette dernière. On comprendra mieux les buts, aspects et avantages de la présente invention, d'après la description exposée ci-après d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 représente une vue en perspective axonométrique d'un collecteur d'échappement selon l'invention placé en contact de la culasse d'un moteur à combustion interne ; la figure 2 est une vue partielle du collecteur en coupe selon la ligne II-II de la figure 1. Seuls les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention ont été figurés. Par ailleurs, les mêmes éléments portent les mêmes références d'une figure à l'autre. Conformément aux figures 1 à 2, le collecteur d'échappement référencé 2 est monté sur un moteur à combustion interne pour véhicule automobile, du type multicylindre à allumage commandé ou à allumage par compression, dont seule la culasse 1 a été représentée. La culasse 1, destinée à recouvrir le bloccylindres dans lequel sont montés plusieurs pistons qui coulissent dans des alésages cylindriques correspondants, est classiquement percée de conduits encore appelés pipes 12 pour notamment permettre l'échappement des gaz brûlés. Ces pipes d'échappement 12 s'étendent sensiblement transversalement à travers la culasse 1 pour déboucher d'une part sur l'une des faces au collecteur 2 et d'autre part, dans les chambres de combustion agencées sur la face inférieure de la culasse par des orifices que viennent obturer des soupapes à tige actionnées par des cames de commande. Le circuit d'échappement des gaz brûlés du moteur se prolonge à la sortie du collecteur d'échappement 2 par une ligne d'échappement s'étendant principalement sous le véhicule et en tête de laquelle est placé un pot catalytique non figuré. Le collecteur d'échappement 2 est constitué essentiellement par un bottier oblong 5 venant se fixer sur la culasse 1, ce bottier définissant une large cavité intérieure 6, à l'intérieur de laquelle circulent librement les gaz brûlés entre une pluralité de passages d'entrée 32 disposés régulièrement sur toute la longueur du boftier 5 en correspondance avec les ouvertures de sortie des pipes d'échappement 12, et une unique ouverture de sortie 7 formée par exemple à l'une des extrémités longitudinales du bottier 5, cette ouverture de sortie 7 étant destinée à être raccordée à la ligne d'échappement par l'intermédiaire d'un embout adapté. Ce boîtier 5, obtenu par fonderie ou bien encore réalisé à partir de tôles d'acier mécanosoudées, présente une paroi latérale plane 3 formant bride de fixation qui destinée à venir en appui contre la face échappement de la culasse 1 avec interposition d'un joint d'étanchéité 4. La paroi 3 du bottier 5 présente d'une part dans sa partie centrale des passages 32 pour la circulation des gaz brûlés régulièrement disposés pour venir en correspondance avec les ouvertures de sortie des pipes d'échappement 12 portées de la culasse 1 et d'autre part à sa périphérie des oeilletons pour le passage des vis de fixation non figurées dont les extrémités filetées sont reçues dans des trous taraudés correspondants de la culasse. Les passages 32 peuvent être de section constante sur toute l'épaisseur de la paroi 3 ou bien encore être de section évolutive, par exemple évasée selon un angle de cône compris entre 50 et 100 et ce, pour faciliter l'écoulement des gaz d'échappement en limitant les pertes de charge. L'épaisseur de la paroi 3, qui est de l'ordre de quelques millimètres, est déterminée suivant le matériau utilisé pour offrir la résistance mécanique souhaitée. La cavité 6 définissant un vaste volume libre pour l'écoulement des gaz brûlés est dimensionnée de ' façon à ce que la section transversale, s'étendant perpendiculairement à l'axe longitudinal définissant la direction d'écoulement moyen, soit grande devant le diamètre hydraulique des passages 32. De préférence, le rapport des surfaces hydrauliques entre respectivement la section transversale de la cavité 6 et la section d'un des passages 32 est choisi supérieur à 4. De préférence également, la section transversale de la cavité 6 évolue en augmentant progressivement entre l'extrémité longitudinale opposée à l'extrémité où est ménagée l'ouverture de sortie et cette dernière. Les dimensions de la cavité 6 sont choisies, après calculs et mesures au banc d'essai, d'autant plus importantes que le nombre des cylindres du moteur raccordés audit collecteur 2 est grand ou encore que la cylindrée est élevée. Par ailleurs, les dimensions de l'ouverture de sortie 7 sont choisies aussi importantes que possible compte tenu des contraintes d'implantation dans le compartiment moteur du véhicule. Le collecteur 2 objet de l'invention permet donc faire transiter les gaz brûlés issus des différentes pipes d'échappement 12 du moteur directement dans une cavité 6 dont la section est grande devant la section hydraulique des pipes 12 et ce, grâce à des passages de transfert 32 de longueurs extrêmement faibles puisque réduites à la seule épaisseur de la paroi latérale 3 du bottier 5 à travers laquelle ils sont ménagés. Cette configuration originale a pour effet notamment de réduire d'une part, la surface de paroi au contact des gaz brûlés et d'autre part, la vitesse d'écoulement de ces derniers, ce qui permet de réduire singulièrement le refroidissement des gaz brûlés 1 notamment lors des fonctionnements à faibles charges où l'incidence de ces paramètres s'avèrent primordiaux sur les échanges thermiques. Par contre lors des fonctionnements à fortes charges, l'effet réducteur de vitesse de cette configuration s'atténue ce qui permet alors d'obtenir un bon refroidissement thermique des gaz nécessaire à la tenue du pot catalytique s'étendant en aval du collecteur 2. Ce refroidissement à fortes charges peut être encore renforcé en ayant recours par exemple à des matériaux à forts coefficients thermiques pour la réalisation des parois du bottier 5 ou encore en munissant ces dernières d'ailettes de refroidissement, sans que cela n'augmente les pertes thermiques des gaz brûlés lors des fonctionnements à faibles charges. Par ailleurs, le volume important de la cavité 6 permet d'amortir fortement les pulsations affectant les débits des gaz brûlés issus de chacune des pipes d'échappement, il en résulte donc une absence quasi totale d'interaction des cylindres entre eux, favorisant la puissance du moteur. 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. Ainsi, le positionnement de l'ouverture de sortie 7 du bottier 5 n'est pas limité au seul voisinage de l'une ou l'autre des extrémités longitudinale de ce dernier, cette ouverture 7 peut donc peut être localisée soit, dans la partie médiane soit encore, dans la partie inférieure du boitier 5. RHVHNDICATIONS tl] Collecteur d'échappement (2) pour moteur à combustion interne multicylindre, destiné à réunir l'entrée d'une ligne d'échappement aux ouvertures de sortie d'une pluralité de conduits d'échappement (12) agencés dans la culasse (1) dudit moteur, caractérisé en ce qu'il comprend un bottier oblong (5) présentant une vaste cavité intérieure (6) dans laquelle peuvent librement circuler les gaz brûlés entre d'une part une pluralité de passages d'entrée (32) ménagés à travers une paroi latérale (3) dudit bottier (5) et destinés à être positionnés en correspondance avec les ouvertures de sortie desdits conduits d'échappement (12) et d'autre part une unique ouverture de sortie (7) destinée à être raccordée à la ligne d'échappement. t2] Collecteur d'échappement pour moteur à combustion interne multicylindre selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite cavité (6) présente une section transversale supérieure à au moins quatre fois la section de l'un quelconque desdits passages d'entrée 32. [3] Collecteur d'échappement pour moteur à combustion interne multicylindre selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que ladite paroi latérale (3) à travers laquelle sont ménagés les passages (32) forme une bride de fixation dudit bottier (5) pour son montage sur la culasse (1). [4] Collecteur d'échappement pour moteur à combustion interne multicylindre selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite ouverture de sortie (7) est ménagée au voisinage de l'une des extrémités longitudinales dudit bottier (5). [5] Collecteur d'échappement pour moteur à combustion interne multicylindre selon la revendication 4, caractérisé en ce que la section transversale de ladite cavité (6) évolue en augmentant progressivement entre l'extrémité longitudinale opposée à l'extrémité où est ménagée ladite ouverture de sortie (7) et ladite l'extrémité où est ménagée ladite ouverture de sortie (7).