Brevet FR2737537A1 — publié le 19970207

La présente invention concerne un dispositif de commande de l'écoulement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, notamment de véhicule automobile. Plus particulièrement, l'invention concerne un dispositif de commande de l'écoulement des gaz dans une ligne d'échappement comportant au moins un pot d'échappement et des moyens de commande de l'écoulement des gaz dans celui-ci, comportant des moyens de réglage de la section de passage des gaz à l'entrée d'un tube de celuici, dont le fonctionnement est piloté par des moyens de manoeuvre en fonction de la pression dans le pot. De tels dispositifs ont déjà été développés dans l'état de la technique pour permettre l'adaptation des caractéristiques de la ligne d'échappement et plus particulièrement du pot ou du silencieux d'échappement de celle-ci, aux conditions de fonctionnement du moteur en y intégrant un dispositif de variation de la section offerte au passage des gaz d'échappement. On sait qu'habituellement le choix de la section de passage des gaz dans un système d'échappement résulte d'un compromis entre d'une part, une moindre résistance à l'écoulement des gaz pour garder de bonnes performances du moteur et qui est obtenue grâce à l'emploi de sections importantes et d'autre part, une atténuation importante du bruit émis en sortie du système d'échappement qui est d'autant plus efficace que les sections sont faibles. La contrainte de moindre réduction des performances est prépondérante pour le point de fonctionnement du moteur correspondant à la puissance maximale, c'est-àdire lorsque le débit et la vitesse des gaz d'échappement sont élevés. Les sections de passage sont donc proportionnées pour réduire au mieux la résistance à l'écoulement des gaz dans ce cas particulier. Cette résistance est en conséquence largement plus faible dans d'autres conditions de fonctionnement du moteur dans lesquelles le débit des gaz est réduit, c'est à dire à bas régime de fonctionnement du moteur ou en charge partielle de celui-ci. Dans la majorité des cas, on se situe donc bien loin du meilleur compromis performance-bruit en question. Différents documents antérieurs ont montré l'intérêt d'une adaptation de la section des tubulures d'échappement aux conditions de fonctionnement du moteur, qui peut être obtenue avec un dispositif de variation locale de la section de passage offerte aux gaz d'échappement. A titre d'exemple, on pourra se reporter au document CH-A-112 462, dans lequel il est décrit un tel dispositif et dans lequel les moyens de réglage de la section de passage de gaz comprennent deux organes perforés mobiles l'un par rapport à l'autre, et dont la position relative est commandée par des moyens extérieurs au pot. D'autres dispositifs de commande de l'écoulement des gaz dans des lignes d'échappement sont également connus des documents US-A-3 181 648, EP-A-O 307 639, US-A4 665 692 et US-A-4 901 528. Tous ces dispositifs comportent des moyens de commande de l'écoulement des gaz d'échappement par exemple dans des tubes d'échappement ou des pots d'échappement, qui comportent également des moyens de réglage dont la position est commandée par des moyens disposés à l'exté- rieur du tube ou du pot correspondant notamment de structure et d'implantation de ces moyens de commande à l'extérieur du pot. On conçoit que cette disposition présente un certain nombre d'inconvénients, notamment de structure et d'implantation de ces moyens de commande à l'extérieur du pot. Le but de l'invention est donc de résoudre ces problèmes. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de commande de l'écoulement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, notamment de véhicule automobile, dans une ligne d'échappement comportant au moins un pot d'échappement et des moyens de commande de l'écoulement des gaz dans celui-ci, comportant des moyens de réglage de la section de passage des gaz à l'entrée d'un tube de celui-ci, dont le fonctionnement est piloté par des moyens de manoeuvre en fonction de la pression dans le pot, caractérisé en ce que les moyens de manoeuvre comprennent au moins un actionneur manométrique disposé dans le pot et sensible à la pression régnant dans celuici en amont du tube. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels - les Fig.l et 2 représentent deux vues schématiques en coupe d'une partie d'un pot d'échappement entrant dans la constitution d'un dispositif de commande selon l'invention, illustrant le fonctionnement de celuici; - la Fig.3 représente une vue schématique en coupe d'une variante de réalisation d'un pot d'échappement entrant dans la constitution d'un dispositif de commande selon l'invention; et - la Fig.4 représente une vue analogue à celle de la figure 3, illustrant une autre variante de réalisation d'un pot d'échappement entrant dans la constitution d'un dispositif de commande selon l'invention. Le dispositif de commande selon l'invention permet de contrôler l'écoulement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne notamment de véhicule automobile, dans une ligne d'échappement comportant au moins un pot d'échappement et des moyens de commande de l'écoulement des gaz dans celui-ci. Pour des raisons de clarté, la ligne d'échappement n'est pas représentée en détail sur les figures, seul le pot d'échappement étant représenté et étant désigné par la référence générale 1 sur ces figures. Dans l'exemple de réalisation représenté sur les figures 1 et 2, ce pot d'échappement comporte par exemple une coupelle interne désignée par la référence générale 2, un tube d'entrée des gaz désigné par la référence générale 3 et un tube de sortie des gaz désigné par la référence générale 4. Sur ces figures 1 et 2, le détail de la structure interne du pot d'échappement n'est pas représenté. On notera cependant que des moyens de commande de l'écoulement des gaz dans le pot, désignés par la référence générale 5 sur ces figures, sont prévus dans celui-ci. En fait, ces moyens de commande comportent des moyens de réglage de la section de passage des gaz à l'entrée d'un tube de celui-ci dont le fonctionnement est piloté par des moyens de manoeuvre en fonction de la pression dans le pot. Les moyens de réglage sont désignés par la référence générale 6 sur cette figure, tandis que les moyens de manoeuvre de ceux-ci sont désignés par la référence générale 7. Selon l'invention, les moyens de manoeuvre désignés par la référence générale 7 comprennent au moins un actionneur manométrique disposé dans le pot et sensible à la pression régnant dans celui-ci en amont du tube correspondant. Cet actionneur manométrique est désigné par la référence générale 8 sur cette figure et se présente par exemple sous la forme d'un soufflet métallique déformable élastiquement fixé sur le reste du pot et dont le fonc tionnement sera décrit plus en détail par la suite. Ce soufflet métallique est relié par exemple par l'intermédiaire d'une bielle 9 à un bras de liaison désigné par la référence générale 10, dont une extrémité est reliée en 11 au reste du pot d'échappement et dont l'autre extrémité porte en 12, un obturateur 13 monté déplaçable devant l'entrée du tube correspondant 4 dans cet exemple de réalisation. Dans cet exemple de réalisation, le bras de liaison 10 et la bielle 9 sont articulés l'un sur l'autre, sur le reste du pot et sur l'actionneur respectivement, pour permettre le déplacement de l'obturateur 13 devant l'entrée du tube correspondant 4 par l'actionneur manométrique. Les différentes articulations mentionnées précédemment peuvent bien entendu être remplacées par des zones déformables des pièces correspondantes et la bielle peut elle-même être déformable. Par ailleurs, on peut également remarquer que l'entrée du tube correspondant 4 est par exemple biseautée et présente une section progressivement croissante, tandis que l'obturateur se présente quant à lui sous la forme d'une coupelle. En effet, cet obturateur présente une forme en portion de cylindre définie par sa trajectoire de déplacement devant l'entrée du tube correspondant et le point d'articulation et/ou de déformation du bras de liaison 10 de celui-ci au reste du pot. Le bras de liaison 10 s'étend de manière générale à peu près perpendiculairement à cet obturateur. La chambre interne du soufflet 8 désignée par la référence générale 14 sur cette figure, est quant à elle reliée par exemple par l'intermédiaire d'un conduit de raccordement quelconque 15 à une source de pression de référence. Comme cela sera décrit plus en détail par la suite, cette pression de référence peut par exemple être la pression atmosphérique, une pression régnant dans une autre partie de la ligne ou du pot d'échappement ou encore une pression délivrée par une source de pression de référence quelconque externe au pot. En position de repos, telle que représentée sur la figure 1, le soufflet métallique élastiquement déformable 8 est dans une position d'extension de manière que l'obturateur 13 ferme l'entrée du tube correspondant 4. On notera dans ce cas qu'un jeu de fonctionnement est prévu entre cet obturateur et cette extrémité du tube pour tenir compte des variations dimensionnelles possibles des pièces lors de leur fabrication et de leur dilatation en raison de la température. Lorsque du gaz pénètre dans le pot par l'intermédiaire du tube d'entrée 3, la pression à l'intérieur de celui-ci, c'est-à-dire en amont du tube 4, augmente en conséquence. Cette pression s'exerce sur la paroi externe du soufflet métallique dont la paroi interne est quant à elle soumise à la pression de référence. Dès que la pression à l'intérieur du pot devient supérieure à la pression de référence, ce soufflet a tendance à se comprimer comme cela est illustré sur la figure 2, entraînant par l'intermédiaire de la bielle 9 et du bras de liaison 10, un déplacement de l'obturateur 13 pour ouvrir progressivement le passage à l'entrée du tube correspondant 4. On conçoit alors que toute variation de pression à l'intérieur du pot par rapport à la pression de référence, entraîne par l'intermédiaire d'un déplacement de cet actionneur manométrique, un déplacement de la bielle, du bras de liaison et de l'obturateur pour permettre un réglage de la section de passage des gaz à l'entrée du tube correspondant 4. Lorsque la pression des gaz à l'intérieur du pot diminue, le soufflet métallique a alors tendance à revenir vers sa position initiale entraînant un déplacement de l'obturateur vers sa position de fermeture de l'entrée du tube 4 correspondant. Dans l'exemple qui vient d'être décrit, l'actionneur manométrique comporte un soufflet métallique élastiquement déformable dont la chambre interne est reliée à une pression de référence. Un tel soufflet présente l'avantage d'un faible encombrement et d'une faible raideur au vu de la différence de pression appliquée sur les parois interne et externe de celui-ci. Par ailleurs, son déplacement est amplifié par l'action de la bielle 9 et du bras de liaison 10 afin de limiter sa taille et son excursion axiale. I1 va de soi cependant que différents modes de réalisation de cet actionneur manométrique peuvent être envisagés, comme par exemple une membrane métallique élastiquement déformable ou tout autre organe de ce type sensible à la pression. Dans ce cas, l'un des côtés de la membrane est soumis à la pression en amont du tube, tandis que l'autre côté de celle-ci est soumis à la pression de référence. La disposition particulière du bras de liaison 10 par rapport à l'obturateur 13, dans laquelle l'axe de ce bras est situé sensiblement sur la droite d'action des efforts de pression s'exerçant sur cet obturateur, permet d'éviter les oscillations de cet obturateur, qui est soumis aux pulsations de pression liées au fonctionnement du moteur. De plus, le jeu fonctionnel prévu entre cet obturateur et l'extrémité correspondante du tube 4 permet d'éviter les problèmes de chocs et de bruits lors du déplacement de celui-ci. La forme divergente de l'entrée du tube 4 ainsi que les formes de ce tube et de l'obturateur, permettent un passage du flux de gaz croissant avec l'ouverture de l'obturateur sans génération de turbulences liées au décollement de filets de gaz à ce niveau. On limite ainsi la génération de bruits d'écoulement à l'entrée du tube. Ainsi qu'on l'a indiqué précédemment, le bras de liaison 10 et la bielle 9 peuvent être des organes à déformation par exemple élastique pour éviter tout problème d'usure, de jeu dans l'articulation et donc de bruit. Ainsi qu'on l'a indiqué précédemment également, la chambre interne 14 du soufflet 8 est reliée par exemple par l'intermédiaire d'un conduit 15 à une pression de référence. Ce conduit peut présenter un faible diamètre par rapport à sa longueur et se comporte alors comme un filtre passe-bas atténuant les effets des pulsations de pression s'exerçant sur le soufflet. On conçoit également que ce conduit permet une commande du dispositif depuis l'extérieur du pot en contrôlant par exemple la mise en dépression ou non du conduit et donc du soufflet. Enfin, on notera également que des moyens de limitation du déplacement angulaire du bras de liaison, désignés par la référence générale 16 sur ces figures, et se présentant par exemple sous la forme de butées, peuvent également être envisagés. Comme on peut le voir sur la figure 3, dans laquelle des numéros de référence identiques désignent des pièces identiques ou analogues à celles représentées sur les figures 1 et 2, le tube 4 associé aux moyens de commande 5, peut être un tube de sortie du pot d'échappement, celui-ci comportant par exemple un autre tube désigné par la référence générale 17. Dans ce cas, les extrémités correspondantes de ces tubes peuvent déboucher dans des chambres différentes du pot, la pression régnant dans l'une de ces chambres, par exemple 18, servant de pression de référence pour la chambre interne 14 du soufflet métallique 8 et étant raccordée à celle-ci par l'intermédiaire du conduit 15 dont les extrémités débouchent dans ces chambres. Le fonctionnement de ce dispositif est identique à celui décrit en regard des figures 1 et 2 et permet par exemple d'ouvrir une sortie d'échappement supplémentaire pour les régimes élevés de fonctionnement du moteur. Le positionnement initial de l'obturateur ou une précharge de l'actionneur permet de n'ouvrir l'extrémité du tube correspondant que lorsqu'un certain niveau de pression est atteint. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 4, le pot comporte toujours un tube d'entrée et un tube de sortie désignés respectivement par les références 3 et 19. Cependant, le tube 4 associé aux moyens de commande 5 décrits précédemment, est un tube de dérivation intégré dans le pot et raccordé entre deux chambres, par exemple 20 et 21, de celui-ci, le dispositif commandant alors une sortie variable d'un résonateur de HELMHOLTZ les moyens de commande présentant une structure et un fonctionnement analogues à ceux déjà décrits en regard des figures 1 et 2, on ne les décrira pas en détail par la suite. On notera cependant que dans tous les cas des figures décrits, il subsiste toujours une légère fuite au niveau de l'obturateur puisque celui-ci n'est pas en contact avec l'extrémité correspondante du tube. On notera également que la section de passage à pleine ouverture de cet obturateur correspond sensiblement à la section de passage du tube 4 situé en aval des moyens de commande. L'applatissement de celui-ci est donc compensé par un élargissement transversal. Ainsi qu'on l'a indiqué précédemment, l'entrée du tube correspondant associé à ces moyens de commande présente une forme biseautée qui peut également être applatie et élargie à son embouchure pour réduire les bruits turbulents créés par d'éventuels décollements de filets de gaz à l'entrée de ce tube. Le conduit 15 formant un piquage qui sert à dépressuriser la chambre interne du soufflet est pris à l'endroit où l'on trouve la pression de référence convenable. C'est ainsi par exemple que dans la figure 3, cette pression peut être prélevée dans le divergent d'entrée du tube 4, tandis que dans la figure 4, celle-ci peut être prélevée dans le tube de sortie 19 du pot ou encore à l'atmosphère en utilisant un conduit de raccordement traversant l'enveloppe du pot ou encore dans un quelconque col de VENTURI situé sur le circuit de gaz le long de la ligne. Dans le cas où l'on souhaite piloter la pression dans la chambre interne de cet actionneur manométrique par une source de dépression externe, il est possible d'amener ce piquage à l'extérieur du pot à travers l'enveloppe de celui-ci. Le déplacement de l'obturateur se fait alors en mettant le piquage ou non en communication avec cette source de dépression extérieure par exemple par l'intermédiaire d'une électrovanne pilotée. La dépression de commande peut être produite par une pompe, par le collecteur d'admission du moteur, etc... On comprendra à la lumière de la description qui précède que différents modes de réalisation de ce dispositif et en particulier de l'actionneur manométrique, peuvent être envisagés, de même que différents modes de réalisation de l'obturateur. De plus, les moyens de commande peuvent être associés à différents tubes ou chambres du pot. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande de l'écoulement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, notamment de véhicule automobile, dans une ligne d'échappement comportant au moins un pot d'échappement (1) et des moyens de commande (5) de l'écoulement des gaz dans celui-ci, comportant des moyens (6) de réglage de la section de passage des gaz à l'entrée d'un tube (4) de celui-ci, dont le fonctionnement est piloté par des moyens de manoeuvre (7) en fonction de la pression dans le pot, caractérisé en ce que les moyens de manoeuvre comprennent au moins un actionneur manométrique (8) disposé dans le pot et sensible à la pression régnant dans celui-ci en amont du tube (4). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de réglage comprennent un obturateur (13) déplaçable devant l'entrée du tube (4) entre une position d'ouverture et une position de fermeture de celui-ci par l'actionneur manométrique (8) en fonction de la pression. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'obturateur (13) est adapté pour ouvrir l'entrée du tube à partir d'un niveau de pression déterminé. 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'obturateur (13) est fixé à une extrémité d'un bras de liaison (10) dont l'autre extrémité est reliée au reste du pot et en ce que l'actionneur manométrique (8) est relié à ce bras de liaison par l'intermédiaire d'une bielle (9), pour déplacer celui-ci et donc l'obturateur. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le bras de liaison (10) et la bielle (9) sont déplaçables l'un par rapport à l'autre et par rapport au reste du pot et à l'actionneur, pour permettre le déplacement de cet obturateur. 6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le bras de liaison (10) s'étend à peu près perpendiculairement à l'obturateur (13). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'entrée du tube est biseautée et en ce que l'obturateur (13) se présente sous la forme d'une coupelle. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'entrée du tube (4) présente une section progressivement croissante. 9. Dispositif selon lune quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'actionneur manométrique (8) comporte un soufflet métallique déformable élastiquement, dans la chambre interne duquel régne une pression de référence. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'actionneur manométrique comporte une membrane métallique déformable élastiquement, dont un côté est soumis à la pression en amont du tube et dont l'autre côté est soumis à une pression de référence. 11. Dispositif selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que la pression de référence est prélevée dans le pot en aval du tube (4). 12. Dispositif selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que la pression de référence est prélevée dans le divergent d'entrée d'un tube de sortie (17) du pot. 13. Dispositif selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que la pression de référence est prélevée dans un col de VENTURI situé sur le circuit de gaz le long de la ligne. 14. Dispositif selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que la pression de référence est la pression atmosphérique. 15. Dispositif selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que la pression de référence est délivrée par une source de pression de référence externe au pot. 16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que la pression délivrée par la source est commandable. 17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tube (4) est un tube de sortie du pot. 18. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que le tube est un tube de dérivation intégré dans le pot et raccordé entre deux chambres (20,21) de celui-ci.