Brevet FR2881470A1 — publié le 20060804

La présente invention concerne un élément de ligne d'échappement pour moteur thermique à suralimentation, du type comprenant un collecteur d'échappement et un turbocompresseur qui comprend une chambre de circulation des gaz d'échappement renfermant une roue à aube menante et présentant une tubulure d'entrée des gaz d'échappement, le collecteur comportant au moins deux entrées distinctes équipées de moyens de liaison en sortie des cylindres du moteur et une sortie d'évacuation des gaz d'échappement qui est commune pour les différentes entrées, laquelle sortie est reliée à la tubulure d'entrée du turbocompresseur, le collecteur compor- tant un faisceau de tubes internes convergeant vers la sortie, chacun depuis une entrée du collecteur et une enveloppe externe à l'intérieur de laquelle s'étend le faisceau de tubes. De nos jours, de nombreux véhicules automobiles à rnoteur thermique comportent, en sortie du moteur, un turbocompresseur. Ce dernier cornporte, comme connu en soi, une première chambre traversée par les gaz d'échappement et une seconde chambre traversée par l'air alimentant le moteur. Dans chaque chambre est disposée une roue de turbine. Ces deux roues sont accouplées en rotation, de sorte que l'air introduit clans le moteur est comprimé sous l'action de la roue de turbine entraînée par l'autre roue de turbine qui est mue par la circulation des gaz d'échappement. La sortie de la chambre de circulation des gaz d'échappement du turbocompresseur est reliée à la ligne d'échappement alors que son entrée est raccordée en sortie du collecteur d'échappement. Ce collecteur comporte couramment plusieurs tubes convergents chacun associé à une sortie d'un cylindre et une enveloppe extérieure dans laquelle sont contenus les différents tubes internes. Pour le guidage des gaz d'échappement, la liaison entre le collecteur d'échappement et l'entrée du turbocompresseur est réalisée par deux brides, l'une prévue en entrée du turbocompresseur, et l'autre en sortie du collec- teur. Ces deux brides sont liées l'une à l'autre par un dispositif de liaison notamment par des boulons. Un tel agencement est particulièrement efficace pour assurer la liai-son mais son coût de réalisation est élevé. L'invention a pour but de proposer un ensemble collecteurturbocompresseur d'un coût de fabrication réduit. A cet effet, l'invention a pour objet un élément de ligne d'échappement du type précité, caractérisé en ce que la tubulure d'entrée et la sortie du collecteur sont reliées par une soudure périphérique ménagée entre l'enveloppe externe et la tubulure d'entrée du turbocompresseur, et que le faisceau de tubes est laissé libre de toute soudure à la tubulure d'entrée du turbocompresseur à la sortie du collecteur. Suivant des modes particuliers de réalisation, l'invention comporte 10 II'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - la tubulure d'entrée comporte à son extrémité un épaulement périphérique externe délimitant un tronçon de la tubulure d'épaisseur réduite, lequel tronçon est emmanché dans l'enveloppe externe de la sortie du col-lecteur; - le collecteur comporte un joint glissant interposé entre le faisceau de tubes et l'enveloppe externe; - le joint glissant est formé d'un anneau en treillis métallique; - le faisceau de tubes est engagé dans la tubulure d'entrée du turbo-compresseur à la sortie du collecteur; et -les tubes du faisceau de tubes sont dissociés les uns des autres suivant toute leur longueur des entrées du collecteur à la sortie du collecteur. 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 des-25 lins, sur lesquels: - la Figure 1 est une vue schématique en coupe partielle d'un turbo-compresseur associé à un collecteur; et - la Figure 2 est une vue en coupe transversale du collecteur prise suivant la ligne II-II de la figure 1. Sur la Figure 1 est représenté un élément 10 de ligne d'échappement d'un moteur thermique suralimenté comportant un collecteur 1:2 et un turbocompresseur 14. Un tel élément de ligne d'échappement est implanté sur un véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne, une ligne d'admission d'air permettant d'alimenter le moteur en air frais et une ligne d'échappement permettant d'évacuer les gaz d'échappement issus du mo- Leur. La ligne d'échappement comprend successivement, depuis le moteur, le collecteur d'échappement 12 permettant de récupérer les gaz d'échappement sortant des chambres de combustion du moteur, le turbo-compresseur 14, une ou plusieurs unités de traitement des gaz d'échappement collectés, un ou plusieurs silencieux d'échappement et enfin une sortie d'évacuation. Comme connu en soi, le turbocompresseur comprend une turbine disposée dans la ligne d'échappement, et un compresseur disposé sur la ligne d'admission d'air du moteur. La turbine comprend une chambre 18 présentant, d'une part, une tubulure d'entrée 20 reliée à une sortie commune 21 du collecteur 12 et, d'autre part, une sortie 22 reliée au reste de la ligne d'échappement. La turbine comprend une roue à aubes disposée dans la chambre 18. Le compresseur comprend une chambre présentant une entrée reliée à la prise d'air et une sortie reliée à un répartiteur permettant de répartir l'air frais dans, les différentes chambres de combustion du moteur. Le compresseur comprend une roue à aubes située dans la chambre. La roue à aubes de la turbine et la roue à aubes du compresseur sont couplées en rotation. Plus spécifiquement, la roue à aubes de la turbine et la roue à aubes du compresseur sont disposées à rotation autour d'un même axe de rotation et sont couplées l'une avec l'autre par l'intermédiaire d'un arbre s'étendant suivant l'axe de rotation. De façon classique, la roue à aubes du compresseur est menée par la roue à aubes mise en rotation sous l'action de l'écoulement des gaz d'échappement. La rotation de la roue à aubes du compresseur augmente la pression de l'air en sortie du compresseur, ce qui permet une suralimentation en air frais des chambres de combustion du moteur. Le collecteur 12 comporte essentiellement une enveloppe extérieure étanche 40 dans laquelle sont reçus quatre tubes 42 d'évacuation des gaz d'échappement associés chacun à une sortie d'échappement d'un cylindre du moteur thermique à plusieurs cylindres. Ces tubes internes 42 sont obtenus par exemple par hydroformage. Ils convergent les uns vers les autres depuis les entrées 33 du collecteur correspondant chacune à chaque cylindre pour former un faisceau de tubes débouchant à la sortie 21 du collecteur dans une conduite 44 de sortie de l'enveloppe extérieure 40. Les tubes 42 sont de préférence indépendants les uns des autres suivant toute leur longueur. Ainsi, ils sont disposés de manière contiguë dans la conduite 44. Ils débouchent tous dans un même plan transversal à la conduite 44 au niveau de leur extrémité aval notée 45. A cette extrémité, chaque tube a une section en forme de quartier de disque comme illustré sur la Figure 2. Les quatre tubes 42 sont maintenus en position radiale dans la conduite 44 par un joint glissant 46 formé d'un anneau en treillis métallique. La conduite 44 et les tubes 42 s'achèvent sensiblement dans un même plan. Comme illustré sur la Figure 1, le joint 46 ceinture le faisceau de tubes et est enserré entre le faisceau de tubes 42 et l'enveloppe externe 40. II est propre à assurer l'étanchéité et l'isolement de l'espace interparoi entre les tubes et l'enveloppe. En outre, le joint est monté glissant de sorte que les tubes peuvent se dilater axialement et se déplacer par rapport à l'enveloppe sans que le joint ne les lie rigidement à l'enveloppe. Le joint est ainsi amené, lors des phases de dilatation, à se déformer et/ou se déplacer par rapport à l'enveloppe 40 et/ou aux tubes 42. La tubulure d'entrée 20 du turbocompresseur est dépourvue de bride de liaison. La sortie 21 de l'enveloppe du collecteur est soudée à l'extrémité ouverte de la tubulure d'entrée 20 par une soudure périphérique 48. A cet effet, la tubulure d'entrée 20 du turbocompresseur présente extérieurement un épaulement 50 de réception de l'extrémité de la conduite 44 de sortie de l'enveloppe afin que les surfaces extérieures de la tubulure 20 et de la conduite de sortie 44 affleurent sensiblement. Ainsi, en entrée du turbocompresseur est formé un tronçon 52 5 d'épaisseur réduite qui est emmanché dans la conduite externe 44 à la sortie 21 du collecteur. La soudure périphérique 48 est formée à l'extérieur entre l'enveloppe du collecteur et la tubulure du turbocompresseur. Le faisceau de tubes internes 42 est libre par rapport à la conduite 44 de sortie du collecteur et par rapport à la tubulure 20 d'entrée du turbocompresseur. L'extrémité du faisceau de tubes internes 42 est engagée à l'intérieur de la tubulure 20 d'entrée du turbocompresseur, de sorte que l'extrémité des tubes 42 s'étend au-delà de l'extrémité de la tubulure d'entrée 20. Le joint 46 assure à la fois l'étanchéité pour éviter un retour des gaz d'échappement dans l'interparoi ménagée entre l'enveloppe extérieure et les conduites internes du collecteur, ainsi qu'un maintien en position du faisceau de tubes internes. On conçoit qu'un tel agencement permet d'avoir un ensemble turbocompresseur-collecteur d'un coût de fabrication très réduit. De plus, le maintien des tubes internes du collecteur par le seul joint permet de diminuer encore ce coût de fabrication. Le recours à une soudure pour assurer la solidarisation permet d'alléger la masse totale de l'élément constitué du turbocompresseur et du collecteur ainsi que de supprimer tout risque de fuite au niveau de liaison, une telle fuite étant très préjudiciable pour les émissions de polluants. Par ailleurs, le soudage permet que les tubes internes de guidage des gaz restent dissociés jusqu'à l'entrée du turbocompresseur, évitant ainsi le rnélange des flux gazeux issus des différents cylindres. La liberté du faisceau de tubes 42 d'une part, par rapport à la conduite 44 et à l'enveloppe externe 40 et, d'autre part, par rapport à la tubulure 20 permet que le faisceau de tubes puisse se dilater sans fatigue des matériaux du fait des dilatations thermiques. REVENDICATIONS 1.- Elément de ligne d'échappement pour un moteur thermique à suralimentation comprenant un collecteur d'échappement (12) et un turbocompresseur (14) qui comprend une chambre (18) de circulation des gaz d'échappement renfermant une roue à aube menante et présentant une tubulure (20) d'entrée des gaz d'échappement, le collecteur (12) comportant au moins deux entrées distinctes (33) équipées de moyens de liaison en sortie des cylindres du moteur et une sortie (21) d'évacuation des gaz d'échappement qui est commune pour les différentes entrées (33), laquelle sortie (21) est reliée à la tubulure d'entrée (20) du turbocompresseur (14), le collecteur (12) comportant un faisceau de tubes (42) internes convergeant vers la sortie (21), chacun depuis une entrée (33) du collecteur et une enveloppe externe (40) à l'intérieur de laquelle s'étend le faisceau de tubes (42), caractérisé en ce que la tubulure d'entrée (20) et la sortie du collecteur (21) sont reliées par une soudure périphérique (48) ménagée entre l'enveloppe externe (40) et la tubulure d'entrée (20) du turbocompresseur (14), et en ce que le faisceau de tubes (42) est laissé libre de toute soudure à la tubulure d'entrée (20) du turbocompresseur (14) à la sortie (21) du collecteur (12) . 2.- Elément de ligne d'échappement selon la revendication 1, caracté- visé en ce que la tubulure d'entrée (20) comporte à son extrémité un épaulement (50) périphérique externe délimitant un tronçon (52) de la tubulure d'épaisseur réduite, lequel tronçon (52) est emmanché dans l'enveloppe ex-terne (40) de la sortie (21) du collecteur (12). 3.- Elément de ligne d'échappement selon la revendication 1 ou 2, ca-25 ractérisé en ce que le collecteur (12) comporte un joint glissant (46) interposé entre le faisceau de tubes (42) et l'enveloppe externe (40) . 4.- Elément de ligne d'échappement selon la revendication 3, caractérisé en ce que le joint glissant (46) est formé d'un anneau en treillis métallique. 5.- Elément de ligne d'échappement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le faisceau de tubes (42) est engagé dans la tubulure d'entrée (20) du turbocompresseur (14) à la sortie (21) du collecteur (12). 6.- Elément de ligne d'échappement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tubes (42) du faisceau de tubes sont dissociés les uns des autres suivant toute leur longueur des entrées (33) du collecteur à la sortie (21) du collecteur (12).