Brevet FR2894613A1 — publié le 20070615

DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale les moteurs à combustion interne. L'invention concerne plus particulièrement un collecteur d'échappement de moteur à combustion interne, comportant des conduits d'échappement et un volume de jonction destiné à être relié à une conduite d'échappement, chaque conduit d'échappement partant d'un cylindre du moteur et présentant une section débouchant dans le volume de jonction. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Dans les moteurs à combustion interne, les gaz d'échappement issus des cylindres sont évacués par le circuit d'échappement dans l'atmosphère. Les gaz d'échappement sont tout d'abord évacués par les conduits d'échappement du collecteur d'échappement puis débouchent dans le volume de jonction du collecteur d'échappement pour ensuite traverser la conduite d'échappement et être rejetés dans l'atmosphère. Cependant, lorsque les gaz d'échappement débouchent des conduits d'échappement dans le volume de jonction du collecteur, il apparaît des pulsations de pression. Une partie des pulsations de pression est transmise dans la conduite 20 d'échappement, mais une autre partie des pulsations de pression est réfléchie vers les cylindres du moteur. La partie des pulsations de pression réfléchie vers les cylindres du moteur interfère avec l'évacuation des gaz d'échappement ce qui perturbe la vidange de ces cylindres et diminue donc les performances du moteur. 25 OBJET DE L'INVENTION La présente invention propose un nouveau collecteur d'échappement adapté à améliorer la vidange des cylindres du moteur. À cet effet, on propose selon l'invention un collecteur d'échappement de moteur à combustion interne, comportant des conduits d'échappement et un 30 volume de jonction destiné à être relié à une conduite d'échappement, chaque conduit d'échappement partant d'un cylindre du moteur et présentant une section débouchant dans le volume de jonction, dans lequel les centres desdites sections débouchantes sont situés sur un même cercle en se succédant, dans un sens de parcours du cercle déterminé, suivant l'ordre d'allumage desdits cylindres. L'agencement des sections débouchantes des conduits d'échappement dans le volume de jonction permet de favoriser la génération d'un écoulement rotatif des gaz d'échappement à la sortie desdits conduits d'échappement au niveau du volume de jonction. L'écoulement rotatif ainsi généré est centré sur la ligne moyenne du volume de jonction. Ainsi, les interactions de cet écoulement rotatif avec les parois du volume de jonction, dont la section de passage varie rapidement, sont limitées. Les pulsations ou ondes de pression issues du flux de gaz d'échappement débouchant des conduits d'échappement sont portées par la structure de l'écoulement tournant autour de la ligne moyenne ce qui favorise la transmission de ces ondes de pression vers la conduite d'échappement et limite leur réflexion vers les cylindres du moteur. Ainsi la vidange des cylindres est améliorée ce qui permet d'augmenter le niveau de remplissage en air frais des cylindres et d'augmenter le rendement de la combustion dans les cylindres. Au surplus, grâce à la génération d'un flux de gaz d'échappement tournant qui porte les ondes de pression le long de la ligne moyenne du collecteur et de la conduite d'échappement, les interférences entre les ondes de pression provenant des différents conduits d'échappement sont diminuées ce qui abaisse les bruits de bouche à l'échappement et permet donc de simplifier leur traitement dans le circuit d'échappement. Selon une première caractéristique avantageuse du collecteur d'échappement selon l'invention, il comporte intérieurement un profil aérodynamique. Ce profil est situé dans le collecteur d'échappement en amont du raccord du volume de jonction avec la conduite d'échappement. Ainsi, le profil aérodynamique amplifie le mouvement tournant du flux de gaz d'échappement autour de la ligne moyenne du volume de jonction et donc favorise l'écoulement de ces gaz d'échappement selon la ligne moyenne du volume de jonction ce qui diminue encore les réflexions des ondes de pression vers les cylindres. Au surplus, le flux de gaz d'échappement étant principalement contenu autour de la ligne moyenne du collecteur d'échappement, les contraintes thermomécaniques que subissent les parois du collecteur d'échappement sont diminuées. D'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du collecteur d'échappement selon l'invention sont les suivantes : le profil aérodynamique est prévu dans le volume de jonction ; le profil aérodynamique est rapporté dans le volume de jonction ; le profil aérodynamique vient de formation avec le volume de jonction ; le profil aérodynamique est agencé dans le prolongement des sections débouchantes de chacun des conduits d'échappement ; le profil aérodynamique est un dispositif à ailettes ; - le dispositif à ailettes comporte quatre ailettes disposées en croix pour définir quatre sections de passage positionnées en vis-à-vis des sections débouchantes de chacun des conduits d'échappement ; et les ailettes présentent une forme hélicoïdale orientée suivant ledit sens de parcours du cercle déterminé. L'invention concerne également un moteur à combustion interne comportant un circuit d'échappement pourvu d'un collecteur d'échappement tel que décrit ci-dessus. L'invention concerne enfin un moteur à combustion interne suralimenté comportant un circuit d'échappement pourvu d'une turbine et d'un collecteur d'échappement tel que décrit ci-dessus. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN EXEMPLE DE REALISATION La description qui va suivre en regard des dessins annexés d'un mode de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. Sur les dessins annexés : - la figure 1 est une vue schématique d'une partie du circuit d'échappement d'un moteur selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe selon le plan P du collecteur d'échappement de la figure 1 prise au niveau du raccordement de ses conduits d'échappement et de son volume de jonction ; - la figure 3 est une vue schématique en perspective du dispositif à ailettes du collecteur d'échappement de la figure 2. Sur la figure 1 on a représenté une partie d'un moteur à combustion interne comprenant quatre cylindres 53, 54, 55, 56 et un circuit d'échappement 20. Les cylindres 53, 54, 55, 56 sont disposés en ligne comme le montre la figure 1. Durant un cycle de fonctionnement du moteur, le premier cylindre 53 est allumé, suivi du troisième cylindre 55, puis du quatrième cylindre 56, et enfin du deuxième cylindre 54. Le circuit d'échappement 20 comprend un collecteur d'échappement 22 et une conduite d'échappement 21. Le collecteur d'échappement 22 est pourvu de conduits d'échappement 23, 24, 25, 26 et d'un volume de jonction 27 destiné à être relié à la conduite d'échappement 21. Le volume de jonction 27 possède une ligne moyenne, ou fibre neutre, dans le prolongement de celle de la conduite d'échappement 21. La ligne moyenne de l'ensemble constitué par le volume de jonction 27 et la conduite d'échappement 21 est notée L. Le long de la ligne moyenne L, le volume de jonction 27 possède une section droite, ou section de passage, qui diminue rapidement de sa partie amont, dans le sens de l'écoulement des gaz d'échappement, reliée aux conduits d'échappement 23, 24, 25, 26, jusqu'à sa partie avale reliée à la conduite d'échappement 21. Chaque conduit d'échappement 23, 24, 25, 26 part d'un cylindre 53, 54, 55, 56 du moteur et présente une section 23B, 24B, 25B, 26B débouchant dans le volume de jonction 27. Les sections 23B, 24B, 25B, 26B débouchantes des conduits d'échappement 23, 24, 25, 26 sont situées dans un plan P qui est ici parallèle à la section droite du volume de jonction. En variante, on peut prévoir que les sections des conduits d'échappement débouchent dans le volume de jonction avec une inclinaison non nulle par rapport à la section droite de ce volume de jonction. On peut aussi prévoir que les sections soient décalées les unes par rapport aux autres, le long de la ligne moyenne du volume de jonction. Avantageusement, selon l'invention, les centres 23C, 25C, 26C, 24C, desdites sections 23B, 25B, 26B, 24B débouchantes sont situés sur un même cercle C en se succédant, dans un sens de parcours S du cercle C déterminé, suivant l'ordre d'allumage desdits cylindres 53, 55, 56, 54. Ici, comme représenté sur la figure 2, dans le plan P, le sens de parcours S du cercle C est le sens de parcours des aiguilles d'une montre. En variante, on pourrait aussi choisir un sens de parcours trigonométrique. Avantageusement, comme représenté sur la figure 3, il est aussi prévu à l'intérieur du volume de jonction 27 du collecteur d'échappement 22 un dispositif aérodynamique 30. Préférentiellement, comme représenté sur la figure 2, ce dispositif 5 aérodynamique 30 est situé dans le prolongement des sections 23B, 25B, 26B, 24B débouchantes des conduits d'échappement 23, 25, 26, 24. Le profil aérodynamique 30 est rapporté dans le volume de jonction 27. En variante, on peut prévoir que le profil aérodynamique vient de formation avec le volume de jonction. 10 Ici, le dispositif aérodynamique est constitué d'un dispositif à ailettes 30. Ce dispositif à ailettes comporte quatre ailettes 33, 35, 36, 34 disposées en croix 37 pour définir, dans le plan P défini ci-dessus, quatre sections de passage 63, 65, 64, 43 positionnées respectivement en vis-à-vis des sections 23B, 25B, 26B, 24B débouchantes de chacun des conduits d'échappement 23, 25, 26, 24 (figure 2). 15 Les ailettes 33, 35, 36, 34 présentent une forme hélicoïdale orientée suivant ledit sens S de parcours du cercle C déterminé. Le fonctionnement du moteur est le suivant. Comme expliqué ci-dessus, durant un cycle de fonctionnement du moteur, le premier cylindre 53 est allumé, suivi du troisième cylindre 55, puis du 20 quatrième cylindre 56, et enfin du deuxième cylindre 54. Les gaz d'échappement issus, dans l'ordre d'allumage, des cylindres 53, 55, 56, 54 sont véhiculés respectivement par les conduits d'échappement 23, 25, 26, 24 puis ils débouchent dans le volume de jonction 27 où ils se mélangent pour former un flux de gaz d'échappement. 25 L'agencement des conduits d'échappement tel que décrit ci-dessus génère ainsi un flux de gaz d'échappement tournant en entrée du volume de jonction 27. La rotation du flux de gaz d'échappement est amorcée à l'embouchure des sections 23B, 25B, 26B, 24B au niveau du plan P par rotation du flux de gaz d'échappement issu des conduits d'échappement 23, 25, 26, 24 autour de la ligne 30 moyenne L localement transversale audit plan P défini ci-dessus et passant par le centre du cercle C défini ci-dessus. Or, un flux de gaz d'échappement tournant autour de la ligne moyenne d'une veine génère moins de tourbillons incontrôlés qui limitent la section de passage des gaz d'échappement qu'un flux de gaz d'échappement droit. En effet, pour un flux de gaz d'échappement tournant autour de la ligne moyenne d'une veine, le profil des vitesses est plus important au centre de la veine que sur le bord de cette veine ce qui permet de contenir l'écoulement sensiblement au centre de la veine et donc de bénéficier d'une section de passage efficace plus importante qu'avec un écoulement droit. Ce mouvement tournant est amplifié par le passage du flux de gaz d'échappement le long des ailettes de forme hélicoïdale 33, 35, 36, 34 du dispositif à ailettes 30, au travers des sections de passage 63, 65, 64, 43. Le flux de gaz d'échappement 40 circule à travers le volume de jonction 27 et la conduite d'échappement 21 en tournant autour de la ligne moyenne L, du volume de jonction et de la conduite d'échappement. Dans le volume de jonction 27 et en sortie du collecteur d'échappement 22, le flux des gaz d'échappement résultant 40 est alors sensiblement contenu autour de la ligne moyenne L du volume de jonction 27 et de la conduite d'échappement 21, la vitesse de ce flux étant plus importante à proximité de la ligne moyenne L qu'à proximité des parois du volume de jonction 27 et de la conduite d'échappement 21. Comme dans un écoulement les ondes (ou pulsations) de pression suivent la structure dudit écoulement, les ondes de pression associées aux gaz d'échappement sont contenues au centre, c'est-à-dire le long de la ligne moyenne, du volume de jonction et de la conduite d'échappement. La trajectoire de ces ondes de pression s'adapte alors aux changements de direction de la fibre neutre du collecteur et de la conduite d'échappement ainsi qu'aux variations de section se produisant dans le volume de jonction. Ainsi, la réflexion des ondes de pression vers les cylindres est diminuée. Le collecteur d'échappement tel que décrit ci-dessus peut être aussi avantageusement utilisé pour un moteur à combustion interne suralimenté comportant un circuit d'échappement pourvu d'une turbine. En effet, le collecteur d'échappement selon l'invention génère un écoulement tournant autour de la ligne moyenne, ou fibre neutre, du collecteur d'échappement, ce qui facilite l'orientation de cet écoulement en entrée de la turbine. Le rendement de la turbine est alors amélioré. La présente invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit. REVENDICATIONS 1. Collecteur d'échappement (22) de moteur à combustion interne, comportant des conduits d'échappement (23, 24, 25, 26) et un volume de jonction (27) destiné à être relié à une conduite d'échappement (21), chaque conduit d'échappement (23, 24, 25, 26) partant d'un cylindre (53, 54, 55, 56) du moteur et présentant une section (23B, 24B, 25B, 26B) débouchant dans le volume de jonction (27), caractérisé en ce que les centres (23C, 24C, 25C, 26C) desdites sections (23B, 24B, 25B, 26B) débouchantes sont situés sur un même cercle (C) en se succédant, dans un sens de parcours (S) du cercle (C) déterminé, suivant l'ordre d'allumage desdits cylindres (53, 54, 55, 56). 2. Collecteur d'échappement (22) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte intérieurement un profil aérodynamique (30). 3. Collecteur d'échappement (22) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le profil aérodynamique (30) est prévu dans le volume de jonction (27). 4. Collecteur d'échappement (22) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le profil aérodynamique (30) est rapporté dans le volume de jonction (27). 5. Collecteur d'échappement (22) selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le profil aérodynamique (30) vient de formation avec le volume de jonction (27). 6. Collecteur d'échappement (22) selon l'une des quatre revendications précédentes, caractérisé en ce que le profil aérodynamique (30) est agencé dans le prolongement des sections (23B, 24B, 25B, 26B) débouchantes de chacun des conduits d'échappement (23, 24, 25, 26). 7. Collecteur d'échappement (22) selon l'une des cinq revendications précédentes, caractérisé en ce que le profil aérodynamique (30) est un dispositif à ailettes (30). 8. Collecteur d'échappement (22) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le dispositif à ailettes (30) comporte quatre ailettes (33, 34, 35, 36) disposées en croix (37) pour définir quatre sections de passage (63, 65, 64, 43) positionnées en vis-à-vis des sections (23B, 25B, 26B, 24B) débouchantes de chacun des conduits d'échappement (23, 25, 26, 24). 9. Collecteur d'échappement (22) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les ailettes présentent une forme hélicoïdale orientée suivant ledit sens de parcours (S) du cercle (C) déterminé. 10. Moteur à combustion interne comportant un circuit d'échappement (20) 5 pourvu d'un collecteur d'échappement (22) selon l'une des revendications précédentes. 11. Moteur à combustion interne suralimenté comportant un circuit d'échappement (20) pourvu d'une turbine et d'un collecteur d'échappement (22) selon l'une des revendications 1 à 9. 10