Brevet FR2772071A1 — publié le 19990611

DISPOSITIF D'ECHAPPEMENT POUR MOTEUR A COMBU8TION INTERNE La présente invention concerne un dispositif d'échappement des gaz de combustion d'un moteur à combustion interne équipant notamment un véhicule automobile. La présente invention se rapporte plus particulièrement à un dispositif d'échappement comportant un conduit coudé venant se raccorder à un dispositif pour traiter les gaz d'échappement. L'encombrement des compartiments moteur, compte tenu notamment des contraintes de design, rend les dessins des descentes d'échappement de plus en plus torturés. I1 en résulte, qu'il est de plus en plus nécessaire de prévoir des conduits coudés, or de tels conduits coudés lorsqu'ils se situent en amont d'un système de traitement des gaz d'échappement (pot catalytique, filtre à particules, etc.) perturbent l'écoulement de ces derniers et sont donc susceptibles d'entraîner des dysfonctionnements des systèmes de traitement, en particulier en provoquant la concentration des gaz d'échappement dans une partie seulement de ces systèmes de traitement. La présente invention a donc pour objet de remédier aux inconvénients précités en proposant un élément de conduit d'échappement coudé destiné à être positionné en amont d'un système de traitement des gaz d'échappement qui soit simple à réaliser et qui permet d'assurer un arrosage uniforme de l'entrée du système de traitement. Le dispositif d'échappement pour moteur à combustion interne, selon l'invention, comprend un système de traitement des gaz d'échappement, tel qu'un pot catalytique ou tel qu'un filtre à particules, du type comportant une enveloppe à l'intérieur de laquelle est logé un corps de traitement traversé par les gaz d'échappement. Selon l'invention, le dispositif d'échappement est caractérisé en ce qu'il comporte en amont du système de traitement des gaz d'échappement, dans le sens de l'écoulement des gaz d'échappement, un conduit coudé d'amenée des gaz d'échappement, ce conduit comprenant des moyens déflecteurs permettant d'assurer une répartition homogène des gaz d'échappement à travers ledit corps de traitement. Selon une caractéristique du dispositif d'échappement objet de l'invention, le conduit coudé est intégré à l'enveloppe du système de traitement des gaz d'échappement. Selon une caractéristique du dispositif d'échappement objet de l'invention, les moyens déflecteurs sont formés par une paroi en saillie dans l'écoulement des gaz. Selon une caractéristique du dispositif d'échappement objet de l'invention, la paroi déflectrice est obtenue par déformation de la paroi du conduit de liaison dans la partie extérieure du coude. Selon une caractéristique du dispositif d'échappement objet de l'invention, la paroi déflectrice est formée, dans le sens de l'écoulement des gaz, d'une première surface et d'une seconde surface. Selon une caractéristique du dispositif d'échappement objet de l'invention, la première surface est sensiblement droite et s'étendant sur une longueur variant entre 20 et 50 mm en formant un angle compris entre 15 et 450 avec l'axe longitudinal du corps de traitement, la seconde surface s'étendant dans le prolongement de la première surface jusqu'au voisinage de la face d'entrée du corps de traitement, en formant un angle compris entre 60O et 850 avec l'axe longitudinal dudit corps. Selon une caractéristique du dispositif d'échappement objet de l'invention, l'arête de jonction entre les deux surfaces s'étend sensiblement au-dessus de l'axe longitudinal du corps de traitement, à une distance comprise entre le 1/8 et les 2/6 de la hauteur de la face d'entrée dudit corps. Selon une caractéristique du dispositif d'échappement objet de l'invention, le conduit coudé présente dans la partie intérieure du coude située au voisinage du corps de traitement une forme sensiblement droite. On comprendra mieux les buts, aspects et avantages de la présente invention, d'après la description donnée ci-après d'un mode de réalisation de l'invention, ce mode étant présenté à titre d'exemple non limitatif en se référant aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un dispositif d'échappement selon l'invention ; la figure 2 est une vue de détail en coupe partielle de la figure 1 précisant la forme du conduit reliant la turbine au pot catalytique. Le dispositif d'échappement selon l'invention est adapté pour équiper un moteur à combustion interne de véhicule automobile. Le moteur, qui n'a pas été figuré, destiné à être équipé du dispositif d'échappement selon l'invention est, selon l'exemple choisi, du type à quatre cylindres en ligne. Seuls les éléments du dispositif d'échappement nécessaires à la compréhension de l'invention ont été représentés. Pour faciliter la lecture, les mêmes éléments portent les mêmes références d'une figure à l'autre. En se reportant à la figure 1, le dispositif d'échappement présente à son extrémité amont, dans le sens de l'écoulement des gaz brûlés, un collecteur d'échappement référencé 1, par exemple"4 en 1", présentant quatre tubulures venant se fixer par leur extrémité amont sur la culasse du moteur à la sortie des conduits d'échappement et débouchant conjointement en aval dans un conduit de liaison commun conduisant les gaz d'échappement à l'entrée de la turbine 2 d'un turbocompresseur 3. Ce turbocompresseur 3 est classiquement composé de trois parties : une turbine centripète 2 qui capte l'énergie des gaz d'échappement, un carter central qui porte les paliers de l'arbre portant les roues de turbine et de compresseur et un compresseur centrifuge qui suralimente le moteur. La turbine centripète 2 se compose d'une volute d'entrée en forme de spirale, qui distribue les gaz d'échappement autour d'une roue à ailettes, les gaz d'échappement s'échappant ensuite au centre de la roue. La partie fixe de la turbine 2 est constituée par un carter venant de fonderie où sont ménagés les conduits d'entrée et de sortie des gaz d'échappement ainsi que le logement de la roue de turbine. Le carter de turbine comprend donc un orifice d'entrée des gaz d'échappement et un orifice de sortie des gaz d'échappement. L'orifice d'entrée des gaz d'échappement est raccordé à la sortie du collecteur d'échappement 1 au moyen d'une bride et s'étend sensiblement radialement à l'axe de rotation de la roue de turbine. L'orifice de sortie des gaz d'échappement qui s'étend dans l'axe de la roue de turbine, est raccordé à l'entrée d'un système de traitement 5 des gaz d'échappement par l'intermédiaire d'un conduit de liaison 6. Les gaz d'échappement sont ensuite évacués à travers la ligne d'échappement non figurée venant se connecter à la sortie 7 à un système de traitement des gaz d'échappement 5. Le système de traitement des gaz d'échappement concerné peut-être soit un pot catalytique (catalyseur d'amorçage ou light-off, catalyseur d'oxydation ou de réduction, catalyseur trifonctionnel, etc.), soit un filtre à particules, soit encore tout autre système traversé par les gaz d'échappement (NOxtrap, etc.). Dans la description qui suit, ce système est constitué d'un pot catalytique d'amorçage. Le pot catalytique 5 est disposé selon l'exemple décrit sensiblement parallèlement et au voisinage immédiat du turbocompresseur 3. Ce montage du pot catalytique 5 sensiblement côte à côte du turbocompresseur 3 assure une meilleure implantation de l'ensemble dans le compartiment moteur d'un véhicule automobile. Le conduit de liaison 6 entre le turbocompresseur 3 et le pot catalytique 5 est réalisé sous la forme d'un conduit coudé sensiblement en C (inversé), ce conduit étant un conduit distinct ou bien intégré de fonderie au carter de la turbine 2 ou bien encore, comme dans l'exemple figuré, intégré à l'enveloppe du pot catalytique. En se reportant sur la figure 2, on voit de façon plus détaillée le pot catalytique 5 qui est formé par une enveloppe oblongue 51 de section circulaire ou elliptique canalisant les gaz d'échappement. Cette enveloppe 51 est raccordée en amont à la turbine 2 et en aval à la ligne d'échappement. L'enveloppe contient dans sa partie centrale un (ou plusieurs) corps de traitement 52 des gaz d'échappement encore connu sous l'appellation monolithe. Le monolithe 52 se compose classiquement d'un bloc cylindrique de section circulaire ou elliptique correspondant sensiblement à celle de l'enveloppe 51. Le monolithe 52, réalisé par exemple en tôle d'acier inoxydable ou en céramique poreuse, définit une multitude de canaux de passage disposés longitudinalement "en nid d'abeilles" dont les parois sont recouvertes de catalyseur pour permettre le traitement des gaz d'échappement. L'enveloppe 51 présente, par ailleurs, une extrémité de sortie 7 des gaz d'échappement destinée à être raccordée à la ligne d'échappement et, en amont dans le sens de l'écoulement des gaz d'échappement, une extrémité d'entrée 6 de forme adaptée destinée à se connecter au moyen d'une bride 8, à l'orifice de sortie de la turbine 2. L'extrémité d'entrée 6 assure donc la liaison entre l'orifice de sortie de la turbine 2 et la face d'entrée du monolithe 52 qui se trouvent sensiblement dans le même plan. Cette extrémité 6 se compose donc d'un conduit en forme de coude semi-circulaire. Pour éviter que les gaz d'échappement ne se concentrent naturellement par centrifugation sur la partie extérieure du coude 6 puis dans son prolongement à l'entrée du monolithe 52, la paroi extérieure 61 du coude 6 est conformée, par exemple par emboutissage, pour former une bosse déflectrice 62 en saillie dans l'écoulement des gaz (cette bosse peut être réalisée de fonderie). La paroi déflectrice 62 ménagée dans la partie extérieure du coude 6, permet de dévier une partie des gaz d'échappement vers la partie intérieure de la face d'entrée du monolithe 52. Grâce à cette paroi, il est possible d'obtenir un arrosage quasi-uniforme de la surface d'entrée du monolithe (coefficient d'arrosage y > O.9, avec y définit par la relation y=lÂ((vi-v)/2Sv)dS où vi est la vitesse des gaz entrant dans la cellule i du monolithe, v la vitesse moyenne dans le plan d'entrée du monolithe et S la surface du monolithe). La paroi déflectrice 62 est formée dans le sens de l'écoulement des gaz, d'une première surface 63 et d'une seconde surface 64. La première surface 63 qui est sensiblement droite, s'étend sur une longueur variant entre 15 et 50 mm et forme un angle a compris entre 15 et 450 avec l'axe longitudinal du monolithe 52. La seconde surface 64 s'étend dans le prolongement de la première jusqu'au voisinage de la face d'entrée du monolithe 52, en formant un angle ss compris entre 60O et 850 avec l'axe longitudinal de ce dernier. Les surfaces 62 et 63 sont de préférence arrondies à leur périphérie de raccordement au reste du coude 6 (dans les plans perpendiculaires au plan médian précité), pour éviter de former une bosse trop plate et réduire ainsi les écoulements latéraux. L'arête de jonction entre les deux surfaces 63 et 64, plus ou moins arrondie, s'étend sensiblement orthogonalement au plan médian du coude 6 passant par l'axe du monolithe. L'arête est par ailleurs positionnée au-dessus de l'axe longitudinal du monolithe, à une distance comprise entre le 1/8 et les 2/6 de la hauteur de la face d'entrée du monolithe. La paroi déflectrice 62 en saillie dans l'écoulement gazeux permet donc malgré le coude d'entrée, d'assurer une répartition remarquablement homogène des gaz d'échappement dans tout le monolithe 52 (on peut obtenir des y > O.96), ce qui assure une meilleure efficacité du pot catalytique, réduit les pertes de charge du pot catalytique et évite tout vieillissement prématuré et hétérogène du catalyseur du à une mauvaise répartition des gaz d'échappement dans le monolithe. Cette paroi déflectrice 62 supprime donc le recours a un divergent d'entrée comme cela est le cas sur les pots catalytiques de l'art antérieur et ce, même avec un coude de liaison 6 très court. Ainsi, grâce à cette disposition, il est possible de positionner le pot catalytique 5 à proximité immédiate de la turbine 2 et donc d'obtenir un ensemble turbocompresseur et pot catalytique extrêmement compact. Pour améliorer encore l'arrosage des gaz d'échappement à l'entrée du monolithe 52 et réduire les pertes de charge du coude 6, la paroi intérieure 65 du coude est conformée au voisinage du monolithe de façon à être sensiblement droite. Cette disposition est obtenue en insérant une partie tubulaire rectiligne, cette partie tubulaire rectiligne arrivant directement sur le monolithe 52 côté intérieur et, directement sur la paroi déflectrice 62 côté extérieur. Cette disposition a pour effet de canaliser et redresser l'écoulement arrivant directement sans rayon de courbure sur la partie supérieure du monolithe 52, ce qui évite à cet endroit là, la création d'une zone de recirculations. De préférence, cette partie tubulaire s'étend sur une distance comprise entre 15 et 40 mm en faisant un angle 6 compris entre 45 et 650 avec l'axe du monolithe 52. Par ailleurs, il est également préférable que la fibre neutre de cette partie tubulaire vise un point de la face d'entrée du monolithe 52 situé au-dessus de l'axe longitudinal du monolithe, par exemple d'une valeur E de 3 à 8 mm au-dessus. Pour améliorer encore la fluidité du coude 6 et réduire encore les pertes de charge de ce dernier, le rayon de courbure intérieur et/ou extérieur du coude 6 sera choisi de préférence constant, le rayon intérieur étant agrandi au maximum. 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, la présente invention s'applique à tous les types de moteurs à combustion interne, qu'ils soient à allumage commandé ou à allumage par compression, qu'ils soient à injection directe ou injection indirecte, qu'ils soient alimentés en carburant liquide ou gazeux, qu'ils soient suralimentés ou non, etc. Ainsi, La présente invention est applicable quelle que soit la section du monolithe cylindrique, ovale, etc. Ainsi, il est possible de prévoir des formes adaptées et variées pour réaliser la paroi déflectrice 62 et optimiser la répartition des gaz sur cette dernière. Ainsi, le pot catalytique 5 n'est pas exclusif d'un type donné et peut également concerner un filtre à particules ou bien encore un pot catalytique dit d'amorçage. REVENDICATIONS [1] Dispositif d'échappement pour moteur à combustion interne, comprenant un système de traitement des gaz d'échappement (5), tel qu'un pot catalytique ou tel qu'un filtre à particules, du type comportant une enveloppe (51) à l'intérieur de laquelle est logé un corps de traitement (52) traversé par les gaz d'échappement, caractérisé en ce qu'il comporte en amont dudit système de traitement des gaz d'échappement (5), dans le sens de l'écoulement des gaz d'échappement, un conduit coudé (6) d'amenée des gaz d'échappement, ledit conduit (6) comprenant des moyens déflecteurs (62) permettant d'assurer une répartition homogène des gaz d'échappement à travers ledit corps de traitement (52). [2] Dispositif d'échappement pour moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit conduit coudé (6) est intégré à l'enveloppe (51) dudit système de traitement des gaz d'échappement (5). [3] Dispositif d'échappement pour moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que lesdits moyens déflecteurs sont formés par une paroi (62) en saillie dans l'écoulement des gaz. [4] Dispositif d'échappement pour moteur à combustion interne selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite paroi déflectrice (62) est obtenue par déformation de la paroi du conduit de liaison (6) dans la partie extérieure du coude. [5] Dispositif d'échappement pour moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 3 à 4, caractérisé en ce que ladite paroi déflectrice (62) est formée, dans le sens de l'écoulement des gaz, d'une première surface (63) et d'une seconde surface (64). [6] Dispositif d'échappement pour moteur à combustion interne selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite première surface (63) étant sensiblement droite et s'étendant sur une longueur variant entre 20 et 50 mm en formant un angle (a) compris entre 15 et 450 avec l'axe longitudinal du corps de traitement (52), et en ce que ladite seconde surface (64) s'étend dans le prolongement de ladite première surface (63) jusqu'au voisinage de la face d'entrée du corps de traitement (52), en formant un angle (ss) compris entre 600 et 850 avec l'axe longitudinal dudit corps (52). [7] Dispositif d'échappement pour moteur à combustion interne selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'arête de jonction entre lesdites surfaces (63,64) s'étend sensiblement audessus de l'axe longitudinal du corps de traitement (52), à une distance comprise entre le 1/8 et les 2/6 de la hauteur de la face d'entrée dudit corps (52). [8] Dispositif d'échappement pour moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le conduit coudé (6) présente dans la partie intérieure (65) du coude située au voisinage du corps de traitement (52) une forme sensiblement droite.