Brevet FR2777320A1 — publié le 19991015

Collecteur d'échappement pour moteur à combustion interne L'invention concerne les collecteurs d'échappement pour moteur à combustion interne, et plus particulièrement ceux équipant les moteurs à combustion interne associés à un moyen d'épuration des gaz d'échappement, en particulier un catalyseur d'amorçage par exemple accolé au collecteur. Un but de l'invention est de proposer un tel collecteur dont la perte thermique soit la plus faible possible de façon à diminuer le temps d'amorçage du moyen d'épuration. L'invention a également pour but d'assurer un champ de vitesse des gaz le plus uniforme possible sur la face d'entrée du moyen d'épuration. L'invention a encore pour but de permettre un montage facile du collecteur en usine. L'invention propose donc un collecteur d'échappement pour moteur à combustion interne. Selon une caractéristique générale de l'invention, ce collecteur comprend une bride de fixation sur la culasse du moteur, une vaste cavité de collection des gaz d'échappement reliée à la bride pour recevoir les gaz d'échappement délivrés par les pipes d'échappement de la culasse, cette vaste cavité de collection possédant un élément de paroi rentrant, subdivisant ladite cavité en deux sous-cavités communiquant l'une avec l'autre. Le collecteur comprend également une partie terminale reliée à la sortie de la cavité de collection et possédant un orifice de sortie pour les gaz d'échappement. La combinaison de la forme "plénum" du collecteur (vaste cavité de collection des gaz d'échappement) subdivisée en deux "poumons" permet d'obtenir une perte thermique la plus faible possible et contribue à l'obtention d'un champ de vitesse uniforme et d'une répartition uniforme des gaz d'échappement en entrée d'un moyen d'épuration des gaz. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'élément de paroi rentrant ménage sur la surface externe de la cavité de collection, une tranchée centrale s'étendant sensiblement perpendiculairement au plan de fixation de la bride, les deux sous-cavités étant symétriques par rapport au plan médian de cette tranchée centrale. Ce mode de réalisation permet ainsi non seulement de réaliser facilement la vaste cavité formée de ces deux poumons mais il autorise également, par le biais de la tranchée centrale, le passage aisé d'une visseuse permettant de réaliser un point de fixation du collecteur sur la culasse. La vaste cavité de collection présente un volume interne conséquent. Plus particulièrement, il a été observé qu'il était avantageux que le volume de la cavité de collection soit supérieur à environ 0,8 fois la cylindrée du moteur de façon à obtenir une diminution notable de la perte thermique ainsi qu'une bonne uniformité du champ de vitesse en entrée du moyen d'épuration. Par ailleurs, et notamment pour des raisons d'encombrement, il est préférable que le volume de la cavité de collection reste inférieur à environ 1,5 fois la cylindrée du moteur. Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, le volume de la cavité de collection est choisi sensiblement égal à la cylindrée du moteur ce qui permet d'obtenir un compromis optimal entre les critères de perte thermique et d'uniformité du champ de vitesse et de répartition, et d'encombrement du collecteur. Il est par ailleurs particulièrement avantageux que la partie terminale ait sensiblement la forme d'un bol ce qui permet d'augmenter encore l'uniformité du champ de vitesse. Par ailleurs, la partie terminale comporte de préférence un diaphragme de restriction elliptique, le grand axe de l'ellipse étant parallèle au plan de fixation de la bride de fixation. Ceci contribue également à l'obtention d'une meilleure uniformité du champ de vitesse. La bride de fixation comporte avantageusement quatre ouvertures d'entrée pour recevoir les gaz d'échappement et cinq points de fixation sur la culasse disposées en quinconce autour des quatre ouvertures d'entrée. Par ailleurs, le segment de droite reliant les centres respectifs de deux zones de fixation consécutives passe sensiblement par le centre de l'ouverture située entre ces deux zones de fixation. Un tel mode de réalisation permet de minimiser le nombre de vis de fixation du collecteur sur la culasse, et par conséquent minimise les contraintes de réalisation liées au passage des visseuses. En outre, la disposition en quinconce des vis de fixation avec les centres de deux zones de fixation consécutives alignées avec le centre de l'ouverture d'entrée situé entre ces deux zones de fixation, contribuent à assurer une excellente étanchéité de la fixation du collecteur sur la culasse. Selon un mode de réalisation de l'invention, le collecteur comprend également une partie intermédiaire de raccordement, raccordant la bride de fixation à la cavité de collection et comportant des conduits d'échappement respectivement reliés aux ouvertures d'entrée de la bride de fixation. Les conduits d'échappement disposés aux extrémités de la partie intermédiaire de raccordement sont avantageusement convergents. De ce fait, tous les conduits d'échappement permettent de forcer l'écoulement des gaz d'échappement vers le centre du collecteur ce qui contribue encore à l'obtention d'un champ de vitesse uniforme sur la face d'entrée du moyen d'épuration. En outre, cette partie intermédiaire de raccordement contribue à augmenter la rigidité du collecteur. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'un mode de réalisation, nullement limitatif, et des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente schématiquement un collecteur selon l'invention, la figure 2 est la coupe selon la ligne II-11 de la figure 1, - la figure 3 est la section selon la ligne III-III de la figure 2, - la figure 4 représente la section selon la ligne IV-IV de la figure 2, du diaphragme de restriction du collecteur, - la figure 5 représente la coupe selon la ligne V-V de la figure 2, et, - la figure 6 est une vue selon la flèche F de la figure 2. Sur ces figures, la référence 1 désigne d'une façon générale un collecteur d'échappement selon l'invention. Ce collecteur comporte une bride de fixation 2 comportant 5 orifices de fixation 20-24 permettant de fixer le collecteur par des vis sur la culasse du moteur. Le collecteur comporte par ailleurs une vaste cavité de collection des gaz d'échappement, référencée 3, et raccordée à la bride de fixation par une partie intermédiaire de raccordement 5. Cette vaste cavité de collection 3 se prolonge par une partie terminale de raccordement 4 comportant une partie 41 ayant sensiblement la forme d'un bol suivi d'une bride de fixation 42 possédant un orifice de sortie 49 pour les gaz d'échappement et sur laquelle est fixé, ici par soudure, un catalyseur d'amorçage CT. L'orifice de sortie 40 du bol 41 est un diaphragme de restriction ayant une section elliptique (figure 4) avec le grand axe de l'ellipse parallèle au plan de fixation du collecteur sur la culasse. Comme illustrée plus particulièrement sur la figure 3, la vaste cavité 3 de collection des gaz d'échappement, venue de moulage, porte un élément de paroi rentrant 32 ménageant sur la surface externe de la cavité 3 une tranchée centrale 34, et réalisant ainsi deux parties latérales 30 et 31 symétriques. La cavité de collection 3 est ainsi subdivisée en deux sous- cavités 300 et 310 communiquant l'une avec l'autre au niveau de la section rétrécie 320 de la cavité 3 située dans le plan de symétrie de celle-ci. La zone de fixation centrale 20 de la bride de fixation 2 se situe dans le prolongement de la tranchée centrale 34 permettant ainsi le passage de la visseuse centrale VS. Par ailleurs, chaque partie latérale 30, 31 comporte un élément de paroi rentrant 39, 38 ménageant sur la surface externe de ces parties latérales deux tranchées auxiliaires 37, 36. On remarquera ici que les zones de fixation 22 et 23 se situent respectivement dans le prolongement des tranchées auxiliaires 37 et 36 permettant également le passage aisé des visseuses automatiques. Comme illustré plus particulièrement sur la figure 5, on voit que la bride de fixation 2 comporte quatre ouvertures 01-04 correspondant aux quatre pipes d'échappement ménagées dans la culasse et reliées aux quatre cylindres du moteur. Les orifices de fixation 20 à 24 sont situés en quinconce autour de ces ouvertures O 1-04. Le centre de chaque ouverture d'entrée de la bride de fixation est sensiblement aligné avec les centres des deux orifices de fixation disposés de part et d'autre de cette ouverture d'entrée. Une telle disposition permet à la fois de minimiser le nombre de vis de fixation du collecteur tout en assurant une excellente étanchéité de la fixation sur la culasse. La partie intermédiaire de raccordement 5 comporte quatre conduits d'échappement 51-54 prolongeant les pipes d'échappement de la culasse. Comme illustré plus particulièrement sur la figure 6, les axes A5 1 et A54 des deux conduits d'échappement situés à l'extrémité de la partie intermédiaire de raccordement 5 convergent. Ainsi, l'ensemble des conduits d'échappement 51-54 et en particulier les deux conduits d'extrémité, permettent de forcer l'écoulement des gaz d'échappement vers le centre du collecteur. Enfin, au sommet de la cavité de collection 3, et dans le prolongement de l'élément de paroi 32, et par conséquent de la tranchée centrale 34, est disposée une ouverture 35 pour recevoir tout capteur ou sonde et en particulier une sonde de mesure de la concentration en oxygène, communément appelée par l'homme du métier "sonde lambda", et utilisée classiquement dans les boucles de contrôle de richesse du moteur. L'emplacement de cette ouverture 35 permet un positionnement central de la sonde lambda SL, ce qui est particulièrement avantageux. L'invention permet d'obtenir un collecteur d'échappement avec catalyseur d'amorçage accolé, particulièrement efficace notamment en ce qui concerne la perte thermique mais également en ce qui concerne l'uniformité du champ de vitesse des gaz délivrés au catalyseur d'amorçage. En effet, hormis les conduits d'échappement 51-54 qui prolongent les pipes d'échappement, sur une distance d'environ 30mm, et qui du reste contribuent de ce fait à assurer une bonne rigidité du collecteur, les bouffées issues des quatre cylindres sont rassemblées dans un gros volume et circulent en direction de l'orifice de sortie 40 du bol selon les flèches CG de la figure 3. Par ailleurs, le bol 41 permet encore une meilleure homogénéisation des gaz notamment en provoquant un mouvement tourbillonnaire MC (figure 3) des gaz, et, ce bol suivi du diaphragme de restriction elliptique 40 contribue à l'obtention du champ de vitesse uniforme en entrée du catalyseur d'amorçage. Bien entendu, l'invention qui vient d'être décrite n'est pas limitée à un collecteur d'échappement équipé d'un catalyseur d'amorçage accolé, mais convient pour tout moyen d'épuration des gaz tel qu'un catalyseur tri-fonctionnel, un filtre à particules, un piège à NOx ("NOx- trap"), un piège à SOx ("SOx-trap"), etc., qu'il soit accolé sur le collecteur ou bien raccordé sur celui-ci par une portion de tube par exemple. REVENDICATIONS 1. Collecteur d'échappement pour moteur à combustion interne, caractérisé par le fait qu'il comprend une bride (2) de fixation sur la culasse du moteur, une vaste cavité de collection des gaz d'échappement (3) reliée à la bride (2) pour recevoir les gaz d'échappement délivrés par les pipes d'échappement de la culasse, cette vaste cavité de collection possédant un élément de paroi rentrant subdivisant ladite cavité en deux sous-cavités (300, 310) communiquant l'une avec l'autre, ainsi qu'une partie terminale (4) reliée à la sortie de la cavité de collection et possédant un orifice de sortie (49) pour les gaz d'échappement. 2. Collecteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'élément de paroi rentrant (32) ménage sur la surface externe de la cavité de collection, une tranchée centrale (34) s'étendant sensiblement perpendiculairement au plan de fixation de la bride, et par le fait que les deux sous-cavités(300, 310) sont symétriques par rapport au plan médian de cette tranchée centrale. 3. Collecteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le volume de la cavité de collection (3) est supérieur à environ 0,8 fois la cylindrée du moteur et inférieur à environ 1,5 fois la cylindrée du moteur. 4. Collecteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la partie terminale (4) comporte une zone ayant sensiblement la forme d'un bol (41). 5. Collecteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la partie terminale comporte un diaphragme de restriction (40) de section elliptique avec le grand axe de l'ellipse parallèle au plan de fixation de la bride de fixation. 6. Collecteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la bride de fixation (2) comporte quatre ouvertures d'entrée (01, 04) pour recevoir les gaz d'échappement et cinq zones de fixation (20, 24) sur la culasse disposées en quinconce autour des quatre ouvertures d'entrée, et par le fait que le segment de droite reliant les centres respectifs de deux zones de fixation consécutives passe sensiblement par le centre de l'ouverture située entre ces deux zones de fixation. 7. Collecteur selon les revendications 2 et 6, caractérisé par le fait que la zone de fixation centrale de la bride (20) de fixation se situe dans le prolongement de la tranchée centrale (34). 8. Collecteur selon la revendication 7, caractérisé par le fait que chaque sous-cavité (300, 310) comporte un élément de paroi auxiliaire rentrant (39, 38) ménageant sur la surface externe de la sous- cavité correspondante une tranchée auxiliaire (37, 36), et par le fait que deux des zones de fixation (22, 23) de la bride se situent respectivement dans les prolongements des deux tranchées auxiliaires. 9. Collecteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la bride de fixation comporte des ouvertures d'entrée pour recevoir les gaz d'échappement, par le fait que le collecteur comprend également une partie intermédiaire de raccordement (5) raccordant la bride de fixation (2) à la cavité de collection (3) et comportant des conduits d'échappement (51, 54) respectivement reliés aux ouvertures d'entrée, et par le fait que les conduits d'échappement (51, 54) disposés aux extrémités de la partie intermédiaire de raccordement sont convergents. 10. Collecteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la cavité de collection (3) comporte un orifice supplémentaire (35) pour recevoir une sonde, disposé dans le prolongement de l'élément de paroi (32).