Brevet FR2744490A1 — publié le 19970808

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 d'une part au moins un pot d'échappement qui comprend au moins une chambre d'entrée et une chambre de sortie séparées par une coupelle percée d'une ouverture de communication, et d'autre part des moyens de commande de l'écoulement des gaz dans le pot qui comportent des moyens de réglage de la section de passage des gaz au travers de l'ouverture de communication, 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 A-4 665 692 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'extérieur du tube ou 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 d'une part au moins un pot d'échappement qui comprend une chambre d'entrée et une chambre de sortie séparées par une coupelle percée d'une ouverture de communication, et d'autre part des moyens de commande de l'écoulement des gaz dans le pot qui comportent des moyens de réglage de la section de passage des gaz au travers de l'ouverture de communication, 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 de l'ouverture de communication. Suivant des modes particuliers de réalisation, l'invention peut comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes - les moyens de réglage comprennent un obturateur déplaçable par rapport à l'ouverture de communication entre une position d'ouverture et une position de fermeture de celle-ci par l'actionneur manométrique en fonction de la pression - l'obturateur est adapté pour ouvrir l'ouverture de communication à partir d'un niveau de pression déterminé - l'obturateur est fixé à une extrémité d'un bras de liaison rigide, dont l'autre extrémité est reliée à l'actionneur manométrique par une lame flexible pour permettre le déplacement de l'obturateur ;; - l'obturateur comporte un volet d'obturation disposé transversalement dans l'ouverture de communication et pivotant autour d'un axe entre ladite position d'ouverture et ladite position de fermeture - l'axe de pivotement du volet d'obturation partage ce volet en deux surfaces sensiblement symétriques par rapport audit axe - le bras de liaison est fixé sur l'axe de pivotement du volet d'obturation - l'obturateur comporte un volet d'obturation déplaçable devant l'ouverture de communication sensiblement parallèlement à celle-ci - le volet est supporté à ses extrémités par deux bras oscillants - l'ouverture de communication est formée par un ensemble de lumières ménagées dans la coupelle et le volet d'obturation comporte des lumières agencées de manière correspondante, de sorte que l'ouverture de communication soit ouverte lorsque les lumières de la coupelle et du volet sont alignées et que l'ouverture de communication soit fermée lorsque les parties pleines du volet occultent les lumières de la coupelle - le dispositif comporte un tube d'entrée des gaz d'échappement débouchant dans la chambre d'entrée et un tube de sortie des gaz d'échappement relié à la sortie de la chambre de sortie, et il comporte, disposés en parallèle avec la chambre d'entrée, des moyens de dérivation des gaz d'échappement du tube d'entrée vers le tube de sortie - le tube d'entrée traverse la chambre de sortie et comporte des trous débouchant dans la chambre de sortie, dérivant ainsi une partie des gaz d'échappement vers le tube de sortie sans passage au travers de la chambre d'entrée - les trous sont dimensionnés pour une réduction des bruits d'échappement aux bas régimes du moteur ; - la section de passage de l'ouverture de communication est supérieure à la section des tubes d'entrée et de sortie - l'actionneur manométrique comporte un soufflet métallique déformable élastiquement, dans la chambre interne duquel règne une pression de référence - l'actionneur manométrique comporte une membrane métallique déformable élastiquement, dont un côté est soumis à la pression en amont de l'ouverture de communication et dont l'autre côté est soumis à une pression de référence ; et - la pression de référence est la pression atmosphérique. 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 sur lesquels - les figures 1 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 ; et - la figure 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. 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 101 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 103. La coupelle 103 délimite ainsi dans le pot d'échappement 101 une chambre d'entrée 105 et une chambre de sortie 107. Le pot d'échappement 101 comporte en outre un tube 109 d'entrée des gaz d'échappement, s'étendant au travers de la chambre de sortie 107, et dont l'extrémité de sortie débouche dans la chambre d'entrée 105. Ainsi, le tube d'entrée 109 traverse de manière étanche la coupelle 103. Deux rangées de trous 111 sont ménagées sur le tube de sortie 109 dans une zone s'étendant dans la chambre de sortie 107. Par ailleurs, le pot d'échappement 101 comporte un tube de sortie 113, dont l'extrémité d'admission s'ouvre à l'intérieur de la chambre de sortie 107. Un ouverture de communication 115, dont la section de passage est de grande dimension par rapport à la section des tubes d'entrée 109 et de sortie 113 est ménagée au travers de la coupelle 103. Elle relie les chambres 105 et 107 et est ménagée en regard de l'entrée d'admission du tube 113. Elle est par exemple circulaire. Des moyens de commande 117 de l'écoulement des gaz dans le pot sont prévus à l'intérieur du pot d'échappement 101. Ils comportent des moyens 119 de réglage de la section de passage des gaz au travers de l'ouverture de communication 115. Le fonctionnement des moyens de réglage 119 est piloté par des moyens de manoeuvre 121 en fonction de la pression dans le pot. Ces moyens de ma noeuvre comprennent au moins un actionneur manométrique 123 disposé dans le pot et sensible à la pression régnant dans celui-ci en amont de l'ouverture de communication. L'actionneur manométrique 123 se présente par exemple sous la forme d'un soufflet métallique déformable élastiquement fixé sur le reste du pot et dont le fonctionnement sera décrit plus en détail par la suite. Ce soufflet, disposé dans la chambre d'entrée 105, est par exemple supporté par une patte 124 fixée sur la coupelle 103. Le soufflet métallique est relié par un bras de liaison 125 à un obturateur 127 monté déplaçable au travers de l'ouverture 115. Dans le mode de réalisation des figures 1 et 2, l'obturateur 127 est formé par un volet d'obturation 129 ayant la forme d'un disque. Ce volet est disposé transversalement dans l'ouverture 115 et est monté pivotant sans jeu autour d'un axe 131 entre une position d'ouverture (représentée sur la figure 2) et une position de fermeture (représentée sur la figure 1) dans laquelle il obture complètement l'ouverture 115. L'axe de pivotement 131 est disposé de telle sorte qu'il partage le volet 129 en deux surfaces symétriques. Ainsi, dans le mode de réalisation décrit, l'axe 131 s'étend suivant un diamètre du volet 129. L'articulation autour de l'axe 131 est réalisée par exemple par des éléments métalliques déformables soudés sur le volet 129 et sur le pourtour de l'ouverture 115. La déformation de ces éléments autorise des débattements importants sans frottement. Le bras de liaison 125 est fixé rigidement à une première extrémité au volet d'obturation 129 suivant un point de son axe de rotation 131. L'autre extrémité du bras de liaison 125 est articulée sur le soufflet métallique 123 au moyen d'une charnière 132. Le bras de liaison 125 est formé d'une tige rigide 125A. I1 est relié au soufflet métallique par une lame flexible 125B supprimant ainsi le jeu des charnières dû à l'usure. La tige rigide 125A et la lame flexible 125B sont articulées entre elles en 133. Le bras de liaison 125 s'étend de manière générale dans un plan à peu près perpendiculairement au volet 129. La chambre interne du soufflet 123 désigné par la référence 135 sur les figures est reliée par exemple par l'intermédiaire d'un conduit de raccordement 137 à une source de pression de référence. Cette pression de référence est par exemple la pression atmosphérique. En position de repos, telle que représentée sur la figure 1, le soufflet métallique élastiquement déformable 123 est dans une position d'extension de manière que le volet 129 ferme complètement l'ouverture 115. Cette position de repos correspond à un fonctionnement du moteur à bas régime, le flux et la vitesse des gaz d'échappement étant alors faibles. Dans ces conditions de fonctionnement du moteur, les gaz d'échappement issus du moteur et acheminés par le tube d'entrée 109 circulent directement vers le tube de sortie 113 au travers des trous 111 et de la chambre de sortie 107. Les trous 111 ouvrant le tube d'entrée 109 dans la chambre 107 forment ainsi des moyens de dérivation des gaz d'échappement du tube 109 vers le tube 113. Les trous 111 sont dimensionnés de manière à réduire les bruits d'échappement pour des débits correspondant aux bas régimes du moteur. Ceci permet une réduction optimale des nuisances sonores pour ces conditions particulières de fonctionnement du moteur. La pression d'arrêt, régnant dans la chambre 105, est insuffisante pour comprimer le soufflet 123, de sorte que le volet 129 reste fermé. Ainsi, le volet 129 étant fermé, la coupelle 103 forme une barrière acoustique. La chambre d'entrée 105 fait alors office de résonateur de Helmholtz, permettant l'atténuation d'une plage déterminée de basses fréquences. Pour des régimes élevés de fonctionnement du moteur, la pression à l'intérieur de la chambre d'entrée 105, en amont de l'ouverture 115 augmente. Cette pression s'exerce sur la paroi externe du soufflet métallique 123 dont la paroi interne est quant à elle soumise à la pression de référence (pression atmosphérique). Dès que la pression à l'intérieur de la chambre 105 devient supérieure à la pression de référence, le soufflet a tendance à se comprimer comme illustré sur la figure 2, entraînant par l'intermédiaire du bras de liaison 125 un déplacement angulaire du volet 129 pour permettre progressivement le passage des gaz d'échappement au travers de l'ouverture 115. Dans ces conditions, le flux des gaz d'échappement circule essentiellement depuis la sortie d'extrémité du tube 109 au travers de la chambre d'entrée 105 avant de pénétrer par l'ouverture 115 dans la chambre de sortie 107 et d'être enfin évacué par le tube de sortie 113. On conçoit que toute variation de pression à l'intérieur de la chambre d'entrée 105 par rapport à la pression de référence entraîne, par l'intermédiaire d'un déplacement de l'actionneur manométrique, un déplacement du bras de liaison 125 et de l'obturateur 127 pour permettre un réglage de la section de passage des gaz au travers de l'ouverture 115. Lorsque la pression des gaz à l'intérieur de la chambre d'entrée 105 diminue, le soufflet métallique a tendance à revenir vers sa position initiale, entraînant un déplacement du volet vers sa position de fermeture de l'ouverture 115. 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. Le tube 137 peut être choisi avec une faible section par rapport au volume de la chambre interne du soufflet, de sorte que le soufflet constitue un amortisseur des pulsations de pression résultant du fonctionnement du moteur. 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 de l'ouverture de communication, tandis que l'autre côté de celle-ci est soumis à la pression de référence. Par ailleurs, dans le mode de réalisation des figures 1 et 2, le choix de la position de l'axe 131 sur le volet 129 permet de déterminer la loi d'ouverture de celui-ci en fonction de l'augmentation de pression. Si l'axe 131 est placé suivant un diamètre du volet, délimitant ainsi deux surfaces symétriques de part et d'autre de celui-ci, les efforts de pression exercés sur le volet s'équilibrent, de sorte que l'angle d'ouverture est proportionnel à la pression régnant dans la chambre d'entrée. L'ouverture est alors commandée uniquement par le soufflet 123. Si l'axe 131 est placé suivant une corde du volet différente d'un diamètre, les efforts de pression exercés de part et d'autre de l'axe sur des zones dissymétriques de surfaces différentes ne s'équilibrent pas, de sorte que le volet est alors quasi-bistable entre une position extrême d'ouverture et une position extrême de fermeture. Sur la figure 3 est représentée une variante de réalisation du dispositif. Sur cette figure, les numéros de référence identiques désignent des pièces identiques ou analogues à celles représentées sur les figures 1 et 2. Dans ce mode de réalisation, l'ouverture 115 est formée par un ensemble de lumières 141 ménagées dans la coupelle 103 et disposées en quinconce pour former un damier. L'obturateur 127 est formé par un volet d'obturation 143 percé de lumières 145 suivant un agencement analogue à celui des lumières 141 ménagées dans la coupelle 103. Le volet 143 est déplaçable dans la chambre 105 devant l'ouverture 115 sensiblement parallèlement à celle-ci. A cet effet, l'obturateur 143 est supporté à ses extrémités par des bras oscillants 147A, 147B, dont une première extrémité est articulée sur l'obturateur et dont l'autre extrémité est articulée sur des potences 149A, 149B. Ces dernières sont fixées respectivement sur la coupelle 103 et la patte de support 124. Comme dans le mode de réalisation précédent, le volet 143 est relié au soufflet 123 par le bras de liaison 125. Ce dernier est fixé rigidement à une extrémité sur le volet 143 et est articulé à son autre extrémité sur le soufflet 123 par l'élément flexible 125B. Ainsi agencé, le volet 143 forme un berceau susceptible de se déplacer le long de l'ouverture 115 entre une position d'ouverture dans laquelle les lumières 141 et 145 sont alignées et une position de fermeture (représentée sur la figure 3) dans laquelle les lumières 141 sont occultées par les parties pleines du volet 143. Le fonctionnement de ce dispositif est identique à celui décrit en regard des figures 1 et 2. Dans ces dispositifs de commande, les légères oscillations du volet qui peuvent prendre naissance sous l'effet des pulsations de pression résultant du fonctionnement du moteur évitent le dépôt de particules de suies et de condensats gras sur le volet. Par ailleurs, la section de passage de l'ouverture de communication étant plus importante que la section des tubes d'entrée et de sortie, la vitesse de passage des gaz au travers de l'ouverture est faible, même pour les débits élevés correspondant aux hauts régimes du moteur, ce qui donne naissance à peu de bruits de souffle. 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 d'une part au moins un pot d'échappement (101) qui comprend une chambre d'entrée (105) et une chambre de sortie (107) séparées par une coupelle (103) percée d'une ouverture de communication (115), et d'autre part des moyens de commande (117) de l'écoulement des gaz dans le pot qui comportent des moyens de réglage (119) de la section de passage des gaz au travers de l'ouverture de communication (115), dont le fonctionnement est piloté par des moyens de manoeuvre (121) en fonction de la pression dans le pot, caractérisé en ce que les moyens de manoeuvre (121) comprennent au moins un actionneur manométrique (123) disposé dans le pot et sensible à la pression régnant dans celui-ci en amont de l'ouverture de communication (115). 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de réglage comprennent un obturateur (127) déplaçable par rapport à l'ouverture de communication (115) entre une position d'ouverture et une position de fermeture de celle-ci par l'actionneur manométrique (123) en fonction de la pression. 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'obturateur (127) est adapté pour ouvrir l'ouverture de communication (115) à partir d'un niveau de pression déterminé. 4.- Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'obturateur (127) est fixé à une extrémité d'un bras de liaison (125), comprenant un élément flexible (125B), et dont l'autre extrémité est reliée à l'actionneur manométrique (123) pour permettre le déplacement de l'obturateur (127). 5.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'obturateur (127) comporte un volet d'obturation (129) disposé transversalement dans l'ouverture de communication (115) et pivotant autour d'un axe (131) entre ladite position d'ouverture et ladite position de fermeture. 6.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'axe de pivotement (131) du volet d'obturation (129) partage ce volet en deux surfaces sensiblement symétriques par rapport audit axe. 7.- Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le bras de liaison (125) est fixé sur l'axe de pivotement (131) du volet d'obturation (129). 8.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'obturateur comporte un volet d'obturation (143) déplaçable devant l'ouverture de communication (115) sensiblement parallèlement à celle-ci. 9.- Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le volet est supporté à ses extrémités par deux bras oscillants (147A, 147B). 10.- Dispositif selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que l'ouverture de communication (115) est formée par un ensemble de lumières (141) ménagées dans la coupelle (103) et le volet d'obturation (143) comporte des lumières (145) agencées de manière correspondante, de sorte que l'ouverture de communication soit ouverte lorsque les lumières (141, 145) de la coupelle et du volet sont alignées et que l'ouverture de communication soit fermée lorsque les parties pleines du volet (143) occultent les lumières (141) de la coupelle. 11.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant un tube (109) d'entrée des gaz d'échappement débouchant dans la chambre d'entrée (105) et un tube (113) de sortie des gaz d'échappement relié à la sortie de la chambre de sortie (107), caractérisé en ce qu'il comporte, disposés en parallèle avec la chambre d'entrée (105), des moyens de dérivation des gaz d'échappement du tube d'entrée (109) vers le tube de sortie (113). 12.- Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que le tube d'entrée (109) traverse la chambre de sortie (107) et comporte des trous (111) débouchant dans la chambre de sortie (107), dérivant ainsi une partie des gaz d'échappement vers le tube de sortie (113) sans passage au travers de la chambre d'entrée (105). 13.- Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que les trous (111) sont dimensionnés pour une réduction des bruits d'échappement aux bas régimes du moteur. 14.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que la section de passage de l'ouverture de communication (115) est supérieure à la section des tubes d'entrée et de sortie (109, 113). 15.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'actionneur manométrique (123) comporte un soufflet métallique déformable élastiquement, dans la chambre interne duquel règne une pression de référence. 16.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que l'actionneur manométrique comporte une membrane métallique déformable élastiquement, dont un côté est soumis à la pression en amont de l'ouverture de communication et dont l'autre côté est soumis à une pression de référence. 17.- Dispositif selon la revendication 15 ou 16, caractérisé en ce que la pression de référence est la pression atmosphérique.