Brevet FR2816003A1 — publié le 20020503

L'invention concerne un collecteur d'échappement, isolé par une fente d'air, pour un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, qui comporte un catalyseur, comprenant un tube intérieur et un tube extérieur entourant ce dernier à distance et possédant une bride de raccordement côté culasse. D'après DE 196 28 797 C1 on connaît un collecteur d'échappement isolé par une fente d'air, qui comporte un tube intérieur, qui est entouré à distance par un tube extérieur. Des collecteurs d'échappement isolé par une fente d'air sont très répandus dans la pratique étant donné qu'en raison de la présence de la fente d'air isolante, seule une faible quantité de chaleur est délivrée à l'environnement par les gaz d'échappement. Dans le sens d'un chauffage rapide du catalyseur, il est avantageux que les gaz d'échappement délivrent une faible quantité de chaleur. Des formes de réalisation connues de collecteurs d'échappement isolés par une fente d'air possèdent pour la fixation à la culasse une bride de fixation, à laquelle sont fixés les tubulures d'échappement. Les tubulures d'échappement s'étendent depuis le collecteur jusqu'au tube de collecte. Le système d'isolation à fente d'air constitué par une coque en tôle extérieure, commence à proximité de la bride de raccordement, mais le conduit d'échappement est relié directement à la bride de raccordement non pas de façon isolée, mais de façon fixe. Ceci présente l'inconvénient consistant en ce que dans la zone de la bride de raccordement, il se produit un transfert de chaleur en direction de l'environnement. L'invention a pour but de fixer un collecteur d'échappement isolé par une fente d'air et comportant un tube extérieur et un tube intérieur, d'une manière isolée thermiquement sur la culasse d'un moteur à combustion interne. Ce problème est résolu grâce au fait que le tube intérieur pénètre par son extrémité de façon guidée dans la culasse et que seul le tube extérieur peut être fixé sur la culasse par l'intermédiaire de la bride de raccordement. Selon une autre caractéristique de l'invention, un élément de découplage est monté entre la bride de raccordement et la culasse. Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque canal de sortie comporte un élargissement, et au moins un élément d'étanchéité est monté, en étant bloqué en position, entre cet élargissement et le tube intérieur. Selon une autre caractéristique de l'invention, la bride de raccordement est agencée de manière à être continue. Selon une autre caractéristique de l'invention, la bride de raccordement est réalisée séparément pour chaque cylindre. Selon une autre caractéristique de l'invention, le tube intérieur pénètre de façon guidée, par son extrémité côté catalyseur, dans un boîtier du catalyseur et que seul le tube extérieur peut être fixé sur le boîtier du catalyseur. Afin de réduire la quantité de substance polluantes dans les gaz d'échappement, des véhicules comportant des moteurs à combustion interne sont équipés de catalyseurs. Les catalyseurs usuels travaillent seulement dans une gamme déterminée de températures. Dans le cas de températures trop faibles des gaz d'échappement, l'action catalytique n'intervient pas, alors que dans le cas de températures trop élevées le catalyseur est détruit. Pour obtenir une activation rapide du catalyseur, il est important qu'une quantité de chaleur aussi faible que possible soit perdue entre la chambre de combustion dans la culasse et le catalyseur. La section entre la culasse et le catalyseur est comblée par le collecteur d'échappement, qui habituellement est vissé habituellement sur la culasse. Le collecteur d'échappement possède pour chaque cylindre un tube de raccordement qui débouche dans un tube commun de collecte. Le tube de collecte s'étend à partir de la zone de la culasse et débouche dans le catalyseur. On obtient une bonne isolation thermique lorsqu'on réalise le collecteur d'échappement à paroi double, avec une fente d'air isolante présente entre le tube intérieur et le tube extérieur. Le tube intérieur possède une structure soudée formée de plusieurs éléments de tubes. Le tube extérieur est constitué par la réunion de plusieurs coques en tôle préformées, qui sont placées autour du tube intérieur et sont maintenues au moyen d'éléments de couplage à distance du tube intérieur. Dans la culasse, le canal de sortie peut être isolé à l'aide de ce qu'on appelle un habillage d'orifice. Une telle solution est cependant onéreuse. Une solution avantageuse se caractérise par le fait qu'entre le canal de sortie dans la culasse et l'extrémité du collecteur d'échappement côté catalyseur il n'existe aucun pont thermique ou il existe éventuellement un nombre aussi faible que possible de ponts thermiques de gaz d'échappement entre les gaz d'échappement chauds et l'environnement du tuyau d'échappement. Dans la forme de réalisation préférée de la culasse et du collecteur d'échappement, cette exigence est satisfaite par le fait que le canal des gaz d'échappement comporte, depuis l'intérieur de la culasse jusqu'à l'extrémité du collecteur d'échappement situé sur le côté catalyseur, une fente d'air isolante sans comporter de ponts thermique dans la zone de la bride de culasse du collecteur d'échappement. Le tube extérieur du collecteur d'échappement est fixé sur la culasse avec une bride continue ou plusieurs brides individuelles. Pour une meilleure isolation vis-à- vis de la transmission de bruits, il est avantageux de disposer entre la bride de raccordement et la culasse un élément de découplage. Etant donné que le tube extérieur sert de tube de support pour le tube intérieur et ne vient pas en contact avec les gaz d'échappement chauds, mais uniquement avec la couche d'air située dans l'isolation constituée par la fente d'air, il n'est pas absolument nécessaire de fixer d'une manière étanche aux gaz la bride du tube extérieur sur la culasse. De ce fait il existe une multiplicité de possibilités de fixer la bride sur la culasse au moyen d'éléments de découplage de telle sorte qu'aucune vibration du moteur n'est transmise au tuyau d'échappement ou que seules quelques vibrations sont transmises. Etant donné que la forme d'air isolante entoure le tube intérieur jusque dans la culasse, il se produit aucune entrée conséquente de chaleur dans la bride sous l'effet des gaz d'échappement chauds. C'est pourquoi on peut également utiliser des matériaux non résistant à la chaleur en tant qu'éléments de découplage. Le tube extérieur est relié au tube intérieur uniquement au moyen d'éléments de supports extérieurement sur l'extrémité côté catalyseur. Ces éléments de support sont réalisés comme dans le cas des collecteurs d'échappement usuels isolés par une fente d'air, par exemple sous la forme de simples pièces en tôle, qui maintiennent le tube intérieur à distance du tube extérieur, mais permettant simultanément un déplacement minimum, provoqué par les dilatations thermiques différentes, dans la direction du tube. Le tube intérieur est parcouru par des gaz d'échappement chauds et le tube extérieur en est séparé par une fente d'air et est relié à l'air environnant plus froid. De ce fait on obtient de fortes différences de température entre les deux tubes. Pour éviter une déformation des tubes sous l'effet de la dilatation thermique à l'intérieur du collecteur d'échappement il est nécessaire que le tube intérieur puisse se déplacer dans le tube extérieur. Dans le cas de la forme de réalisation connue selon le document DE 196 28 797 Cl, sur l'extrémité du collecteur d'échappement côté catalyseur, dans le cadre d'une isolation simple, le tube intérieur et le tube extérieur sont réunis à une bride et sont reliés de façon usuelle au catalyseur. Ici également il est possible de prévoir une solution comprenant une isolation thermique améliorée de la même manière que sur l'extrémité du connecteur d'échappement située côté culasse. Cela signifie que le tube extérieur du collecteur d'échappement est relié au boîtier du catalyseur par exemple par l'intermédiaire d'une bride usuelle, et que le tube intérieur pénètre, au-delà de la zone de la bride, dans le boîtier du catalyseur. A cet effet le tube intérieur est maintenu sur toute sa longueur à distance du tube extérieur, de la bride et de l'entrée du catalyseur, à l'aide d'éléments de découplage. Le tube intérieur pénètre aussi loin que possible dans le canal de sortie de la culasse. Pour un simple montage du collecteur d'échappement sur la culasse il est avantageux que l'élément du tube intérieur, qui pénètre dans la culasse, soit approximativement rectiligne. Cela signifie que le tube intérieur peut pénétrer dans la culasse approximativement aussi loin que le canal de sortie ne comporte aucune courbure ou seulement une faible courbure. La forme de la section transversale du tube inté- rieur est continue jusqu'à la section du canal de sortie, qui est situé en amont dans la direction d'écoulement. Afin d'éviter une variation brusque de la section transversale au niveau de la jonction entre le canal de sortie et le tube intérieur du collecteur d'échappement, le canal de sortie comporte, dans la culasse, un élargissement, dans lequel le tube intérieur est inséré à partir de la bride de culasse. L'élargissement du canal est agencé de telle sorte qu'entre le tube intérieur et le canal élargi il existe une fente d'air isolante. Les éléments d'étanchéité, qui retiennent le tube intérieur dans la culasse et simultanément la ferme de façon étanche, peuvent être constitués par différents matériaux, comme par exemple des matières thermoplastiques, du caoutchouc résistant aux températures élevées ou un matériau métallique. La fixation des éléments d'étanchéité en matière plastique s'effectue de la même manière que la fixation d'un joint torique. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention, ressortiront de la description donnée ci-après, prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente une partie d'un collecteur d'échappement isolé par une fente d'air et dont le tube intérieur pénètre dans la culasse; et - la figure 2 représente la partie d'extrémité d'un collecteur d'échappement isolé par une fente d'air, ainsi que son insertion dans l'entrée du boîtier du catalyseur. Au moins un canal de sortie 2 et une surface 3 d'application de bride sont présents dans une culasse 1, mieux représentée sur la figure 1, d'un moteur à combustion interne non représenté de façon détaillée. Le canal de sortie 2 est réalisé avec une forme élargie dans la zone de son extrémité en direction de la surface 3 d'application de bride. Le tube intérieur 4 d'un collecteur d'échappement 5 isolé par une fente d'air est enfiché dans le canal de sortie élargi 2 et fixé en position par des éléments d'étanchéité et est fermé de façon étanche vis-à-vis de l'environnement. Le tube extérieur 7 du collecteur d'échappement 5 est vissé au moyen d'éléments de découplage 8 sur la surface 3 d'application de bride de la culasse 1. Ces éléments de découplage 8 sont constitués par exemple par un métal, du caoutchouc ou une matière plastique et sont insérés entre la bride 9 du tube extérieur 7 et la surface 3 d'application de bride de la culasse 1, afin que d'une part le tube extérieur soit fixé sur la culasse et que d'autre part le tube extérieur soit découplé acoustiquement et thermiquement de la culasse. La bride 9 est réalisée sous la forme d'un seul tenant pour chaque cylindre individuel ou pour chaque canal de sortie individuel 2, de manière à permettre une compensation plus facile des dilatations thermiques différentes de la bride de raccordement et de la culasse 1. Dans le cas o il est souhaitable le collecteur 5 soit fixé à la culasse 1 par quelques vis, à titre de variante on peut prévoir une bride continue 9. Le tube extérieur 7 supporte le tube intérieur 4 à l'aide d'éléments de découplage 10, qui en raison de leur pure fonction de support, sont agencés sous la forme de simples dispositifs de retenue en tôle et lors du premier montage du collecteur d'échappement 5 sont fixés par exemple au tube extérieur et supporte le tube extérieur de telle sorte qu'il est mobile. Dans le cas d'un choix approprié des emplacements de séparation entre les éléments individuels du tube extérieur 7 il est simple de former conjointement les éléments de découplage 10 lors de la fabrication des pièces individuelles. Pour compenser des dilatations thermiques différentes entre le tube intérieur 4 et le tube extérieur 7 en raison de températures différentes, le tube intérieur est monté de manière à être déplaçables dans le tube extérieur. Ceci est garanti par des éléments de découplage 11 orientés sous la forme de sièges travaillant en poussée. Les éléments d'étanchéité 6 entre le tube intérieur 4 et la culasse 1 sont réalisés en une matière plastique, un caoutchouc résistant à la chaleur ou un métal. Les éléments d'étanchéité non métalliques 6 sont montés, comme cela est représenté, dans la culasse 1 sous la forme de joints toriques, ferment de façon étanche le tube intérieur par rapport à la culasse 1 et amortissent la transmission de vibrations. A titre de variante, on peut également utiliser des éléments d'étanchéité métalliques 6, dont la fonction d'étanchéité est basée sur le principe des segmentes de pistons ou qui sont enfoncés directement entre le tube intérieur 4 et la culasse 1, mais qui réalisent une faible atténuation du bruit. De l'air à la pression de l'environnement, mais aucun gaz d'échappement, est présent dans la fente d'air 11 entre le tube intérieur 4 et le tube extérieur 7, en raison de la réalisation, étanche aux gaz, des éléments d'étanchéité 6 et du tube intérieur 4. Le tube extérieur 7 porte le tube intérieur 4 et empêche un déplacement de l'air, qui affecterait l'isolation thermique de l'air au repos, dans la fente d'air 11. Sur la figure 2, on a représenté la jonction entre le collecteur d'échappement 5 et le boîtier 12 du cata- lyseur, qui fonctionne en principe comme la jonction dans la culasse 1. Etant donné que le tube intérieur 4 débouche librement dans le boîtier 12 du catalyseur, la liaison étanche au gaz établie au moyen d'éléments d'étanchéité 13 du tube intérieur 4 par rapport au boîtier du catalyseur s'effectue en un emplacement approprié, au niveau duquel le boîtier du catalyseur n'est pas très fortement élargi. Les éléments d'étanchéité 13 sont en principe les mêmes que ceux décrits pour la jonction entre la culasse 1 et le tube intérieur 4. Le tube extérieur 7 est relié de façon connu, par exemple selon une liaison de deux brides de raccordement 14, au boîtier 13 du catalyseur. 9 2816003 REVENDICATIONS 1. Collecteur d'échappement, isolé par une fente d'air, pour un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, qui comporte un catalyseur, comprenant un tube intérieur et un tube extérieur entourant ce dernier à distance et possédant une bride de raccordement côté culasse, caractérisé en ce que le tube intérieur (4) pénètre par son extrémité de façon guidée dans la culasse (1) et que seul le tube extérieur (7) peut être fixé sur la culasse par l'intermédiaire de la bride de raccordement (9). 2. Collecteur d'échappement isolé par une fente d'air selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un élément de découplage (8) est monté entre la bride de raccordement (9) et la culasse (1). 3. Collecteur d'échappement isolé par une fente d'air selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, comprenant des canaux de sortie formés dans la culasse, caractérisé en ce que chaque canal de sortie (2) comporte un élargissement, et qu'au moins un élément d'étanchéité (6) est monté, en étant bloqué en position, entre cet élargissement et le tube intérieur (4). 4. Collecteur d'échappement isolé par une fente d'air selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la bride de raccordement (9) est agencée de manière à être continue. 5. Collecteur d'échappement isolé par une fente d'air, selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la bride de raccordement (9) est réalisée séparément pour chaque cylindre. 6. Collecteur d'échappement isolé par une fente d'air selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le tube intérieur (4) pénètre de façon guidée, par son extrémité côté catalyseur, dans un boîtier (12) du catalyseur et que seul le tube 2816003 extérieur (7) peut être fixé sur le boîtier du catalyseur par l'intermédiaire de la bride de raccordement (14).