Brevet FR2902827A1 — publié le 20071228

"Dispositif d'échappement comportant une culasse munie d'un collecteur d'échappement intégré découplé thermiquement" L'invention concerne un dispositif d'échappement pour un moteur à combustion interne multicylindre d'un véhicule automobile comportant une culasse dudit moteur dans laquelle sont agencés des conduits d'échappement dont une première extrémité de chacun est reliée à une chambre de combustion dudit moteur et dont la seconde extrémité débouche dans une io cavité ou plenum d'un collecteur d'échappement intégré à la culasse dont un conduit de sortie est relié extérieurement à un dispositif de dépollution des gaz d'échappement d'une ligne d'échappement du véhicule. On connaît de nombreux exemples de dispositifs de ce type. 15 Conventionnellement, les dispositifs d'échappement comportent des conduits d'échappement formés dans la culasse du moteur qui coïncident avec des conduits du collecteur agencés en regard des conduits d'échappement. Le collecteur comporte au moins un conduit de sortie qui est relié à une ligne 20 d'échappement du véhicule automobile. Dans le but de diminuer la teneur en produits polluants contenus dans les gaz de combustion, il est connu d'implanter dans la ligne d'échappement des dispositifs de dépollution, notamment des catalyseurs, qui permettent de convertir les 25 produits polluants présents dans les gaz de combustion, notamment les hydrocarbures imbrûlés HC et les oxydes d'azote NOx. Or, un problème se pose lors des phases de démarrage à froid du moteur. 30 En effet, l'efficacité des dispositifs de dépollution est fortement tributaire de leur température de fonctionnement. L'éloignement de ces dispositifs des chambres de combustion du moteur retarde leur montée en température pendant les premières minutes de fonctionnement du moteur, et réduit leur efficacité 2 alors même que c'est pendant ces premières minutes de fonctionnement du moteur que la plus grande quantité de polluants est émise. Pour remédier à cet inconvénient, on a proposé de réaliser des collecteurs d'échappement qui sont partiellement ou totalement intégrés à la culasse du moteur, ce qui permet de réduire considérablement la distance entre les chambres de combustion et le dispositif de dépollution, qui est alors directement accolé à la culasse en sortie du collecteur. io Le document FR-2.738.289 décrit notamment un collecteur de ce type, dont les conduits d'échappement de la culasse débouchent dans une cavité ou plenum, formée pour moitié dans le collecteur et pour moitié dans la culasse. Le document DE-A-3.815.408 décrit quand à lui un is collecteur formé intégralement dans la culasse et venu de fonderie avec celle-ci. Ces collecteurs connus de l'état de la technique posent toutefois de nombreux problèmes. En effet, lorsqu'un collecteur de ce type n'est que 20 partiellement formé dans la culasse, la distance entre les chambres de combustion et le dispositif de dépollution n'est pas réduite au minimum, et de ce fait l'efficacité du dispositif de dépollution n'est pas totale. Par ailleurs, lorsque le collecteur est intégré à la culasse, il 25 est soumis à des contraintes de températures élevées et se trouve donc, comme le matériau de la culasse, sujet à une importante dilatation au fur et à mesure de sa montée en température. De ce fait, il est pratiquement impossible d'accoupler un tel collecteur au reste de la ligne d'échappement 30 si il n'est pas pourvu de cavités de refroidissement reliées aux cavités de circulation de liquide de refroidissement de la culasse. Cette conception pénalise alors d'une part le rendement su moteur puisqu'elle est synonyme d'abaissement du rendement thermique du moteur du fait de la nécessité de refroidir le 3 collecteur, et d'autre part réduit considérablement les bénéfices du rapprochement du collecteur et des chambres de combustion, le refroidissement du collecteur ne permettant alors plus sa montée rapide en température propre à améliorer l'efficacité du dispositif de dépollution. Pour remédier à cet inconvénient, l'invention propose dispositif du type décrit précédemment comportant un collecteur intégré à la culasse du moteur et muni de moyens de découplage thermique par rapport à ladite culasse. io Dans ce but, l'invention propose un collecteur du type décrit précédemment, caractérisé en ce que caractérisé en ce que la cavité ou plenum du collecteur est formée dans un élément rapporté à l'intérieur de la culasse et ce que ledit élément est découplé thermiquement de la culasse par l'intermédiaire de is moyens de découplage thermique. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - les secondes extrémités des conduits d'échappement débouchent dans un alésage de réception formé dans la culasse qui reçoit un insert tubulaire qui est rapporté à l'intérieur de la 20 culasse pour former l'élément rapporté, qui comporte des orifices de communication avec les secondes extrémités des conduits d'échappement, et qui comporte le conduit de sortie débouchant à l'extérieur de la culasse. - l'insert tubulaire est réalisé en acier inoxydable, 25 - l'insert tubulaire est monté sans jeu dans l'alésage de réception de la culasse, - les moyens de découplage thermique sont agencés dans la culasse autour de l'insert tubulaire et au moins entre deux conduits d'échappement consécutifs, 30 -les moyens de découplage thermique comportent au moins une cavité qui est formée dans le matériau de la culasse autour de l'alésage de réception et qui débouche dans ledit alésage, 4 - le dispositif comporte une cavité qui est agencée autour de l'alésage de réception entre chaque paire de conduits d'échappement consécutifs, et une cavité qui est agencée autour de l'alésage de réception entre un conduit d'échappement d'extrémité et une face extérieure d'extrémité de la culasse, - chaque cavité est réalisée lors du moulage de la culasse. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera au dessin annexé io dans lequel la figure unique est une vue schématique d'une culasse pour un dispositif d'échappement selon l'invention. On a représenté sur la figure unique une culasse 10 pour un dispositif d'échappement réalisé selon l'invention. De manière connue, des conduits d'échappement 12 sont is agencés dans la culasse 10. Une première extrémité 14 de chaque conduit 12 est reliée à une chambre 16 de combustion du moteur et la seconde extrémité 18 de chaque conduit 12 débouche dans une cavité 20 ou plenum d'un collecteur 22 d'échappement intégré à la culasse 10. Un conduit 24 de sortie du 20 collecteur 22 est relié extérieurement à un dispositif (non représenté) de dépollution des gaz d'échappement d'une ligne d'échappement (non représentée) du véhicule. La culasse 10 comporte entre chaque chambre de combustion 16 des cavités 30 de circulation d'un liquide de refroidissement du moteur. 25 Conformément à l'invention, la cavité 20 ou plenum du collecteur 22 est formée dans un élément 26 qui est rapporté à l'intérieur de la culasse 10 et ledit élément 26 est découplé thermiquement de la culasse 10 par l'intermédiaire de moyens 28 de découplage thermique. 30 Plus particulièrement, les secondes extrémités 18 des conduits 12 d'échappement débouchent dans un alésage 32 de réception qui est formé dans la culasse 10. Cet alésage 32 qui reçoit un insert tubulaire 26 formant l'élément 26 rapporté qui est rapporté à l'intérieur de la culasse, qui comporte des orifices 34 de communication avec les secondes extrémités 18 des conduits 12 d'échappement, et qui comporte le conduit 24 de sortie débouchant à l'extérieur de la culasse 10. Dans le mode de réalisation, l'insert tubulaire 26 est s réalisé en acier inoxydable, car ce matériau présente des caractéristiques de dilatation thermique propres à garantir une étanchéité satisfaisante lorsqu'il est raccordé à au dispositif de dépollution, quelle que soit sa température. Il conviendra de noter que cette caractéristique n'est pas limitative de l'invention, et que io tout autre matériau présentant des caractéristiques analogues pourrait être employé pour la bonne mise en oeuvre de l'invention. Dans le mode réalisation préféré de l'invention, l'insert tubulaire 26 est monté sans jeu dans l'alésage 32 de réception de la culasse 10. L'insert tubulaire 26 est par exemple emmanché 15 dans l'alésage 32 suivant un ajustement de type serré. Avantageusement, les moyens 28 de découplage thermique sont agencés dans la culasse autour de l'insert 26 tubulaire et au moins entre deux conduits 12 d'échappement consécutifs. Plus particulièrement, les moyens 28 de découplage 20 thermique comportent au moins une cavité 28 qui est formée dans le matériau de la culasse 10 autour de l'alésage 32 de réception, et qui débouche dans ledit alésage 32. Cette cavité est remplie d'air et permet donc un découplage thermique de l'insert 26 par rapport à la culasse, en évitant que la chaleur de la culasse 10 ne 25 se communique à l'insert 26 par conduction. De préférence, comme l'illustre la figure unique, le dispositif comporte une cavité 28 qui est agencée autour de l'alésage 32 de réception entre chaque paire de conduits 12 d'échappement consécutifs, et une cavité 28 qui est agencée 30 autour de l'alésage 32 de réception entre un conduit 12 d'échappement d'extrémité et une face extérieure 36 d'extrémité de la culasse 10. Tout procédé de réalisation peut être utilisé pour la bonne réalisation des cavités 28. Toutefois, dans le mode de réalisation 6 préféré de l'invention chaque cavité 28 est réalisée lors du moulage de la culasse 10. L'invention permet donc de bénéficier d'un dispositif comportant un collecteur 26 rapporté dans la culasse 10 au plus près des chambres de combustion 12, ce qui permet d'optimiser les performances d'un dispositif de dépollution relié à son conduit de sortie 24, et qui est exempt des inconvénients des collecteurs intégrés connus de l'état de la technique du fait de son découplage thermique vis-à-vis de la culasse 10. i0 REVENDICATIONS 1. Dispositif d'échappement pour moteur à combustion interne multicylindre d'un véhicule automobile comportant une culasse (10) dudit moteur dans laquelle sont agencés des conduits (12) d'échappement dont une première extrémité (14) de chacun est reliée à une chambre (16) de combustion dudit moteur et dont la seconde extrémité (18) débouche dans une cavité ou plenum (20) d'un collecteur d'échappement (22) intégré à la culasse (10) dont un conduit (24) de sortie est relié io extérieurement à un dispositif de dépollution des gaz d'échappement d'une ligne d'échappement du véhicule, caractérisé en ce que la cavité (20) ou plenum du collecteur (20) est formée dans un élément (26) rapporté à l'intérieur de la culasse (10) et ce que ledit élément (26) est is découplé thermiquement de la culasse (10) par l'intermédiaire de moyens (28) de découplage thermique. 2. Dispositif d'échappement selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les secondes extrémités (18) des conduits d'échappement (12) débouchent dans un alésage 20 (32) de réception formé dans la culasse (10) qui reçoit un insert (26) tubulaire qui est rapporté à l'intérieur de la culasse (10) pour former l'élément (26) rapporté, qui comporte des orifices (34) de communication avec les secondes extrémités (18) des conduits d'échappement (12), et qui comporte le conduit (24) de sortie 25 débouchant à l'extérieur de la culasse (10). 3. Dispositif d'échappement selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'insert tubulaire (26) est réalisé en acier inoxydable. 4. Dispositif d'échappement selon l'une des revendications 30 2 ou 3, caractérisé en ce que l'insert tubulaire (26) est monté sans jeu dans l'alésage (32) de réception de la culasse (10). 5. Dispositif d'échappement selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens (28) de découplage thermique sont agencés dans la culasse (10) autour de l'insert 8 (26) tubulaire et au moins entre deux conduits (12) d'échappement consécutifs. 6. Dispositif d'échappement selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens (28) de découplage thermique comportent au moins une cavité (28) qui est formée dans le matériau de la culasse (10) autour de l'alésage (32) de réception et qui débouche dans ledit alésage (32). 7. Dispositif d'échappement selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte une cavité (28) qui io est agencée autour de l'alésage (32) de réception entre chaque paire de conduits (12) d'échappement consécutifs, et une cavité (28) qui est agencée autour de l'alésage (32) de réception entre un conduit (12) d'échappement d'extrémité et une face extérieure (36) d'extrémité de la culasse (10). 15 8. Dispositif d'échappement selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que chaque cavité (28) est réalisée lors du moulage de la culasse (10).