Brevet FR2908821A1 — publié le 20080523

Ensemble collecteur d'échappement/culasse pour moteur à combustion interne. La présente invention est relative à un ensemble collecteur d'échappement/culasse pour moteur à combustion interne à plusieurs cylindres, le collecteur comprenant une bride d'entrée de gaz d'échappement conformée pour être fixée à la culasse au niveau des sorties des gaz d'échappement des cylindres, une bride de sortie conformée pour être raccordée à une ligne d'échappement des gaz, éventuellement à travers au moins un appareil d'exploitation ou de traitement de ces gaz, et une pluralité de tubulures disposées entre ces brides pour réunir autant de courants de gaz d'échappement sortant chacun d'un des cylindres du moteur, en un courant unique traversant la bride de sortie vers la ligne d'échappement. La présente invention est aussi relative à un collecteur de gaz d'échappement et à une culasse de moteur à combustion interne conçus pour coopérer dans un tel ensemble. On a représenté très schématiquement à la figure 1 du dessin annexé un collecteur d'échappement C d'un type connu, comportant une bride d'entrée 1 à surface plane conçue pour être appliquée et fixée, avec interposition d'un joint d'étanchéité (non représenté) sur la culasse Cl d'un moteur à combustion interne propulsant, par exemple, un véhicule automobile. La bride porte des tubulures 3a à 3d agencées pour prolonger des conduits de sortie de gaz d'échappement 4a à 4d (dans le cas d'un moteur à 4 cylindres) formés dans la culasse Cl, ces tubulures se réunissant de manière connue pour combiner les courants de gaz d'échappement sortant des cylindres du moteur en un courant unique s'écoulant à travers une bride de sortie 5 du collecteur, vers une ligne d'échappement de ces gaz dans l'atmosphère. Dans les véhicules modernes les gaz d'échappement ne sont pas directement rejetés dans cette ligne. Ils passent d'abord dans des appareils tels qu'un turbocompresseur exploitant l'énergie mécanique portée par ces gaz, et/ou dans un pot catalytique de traitement de ces gaz de manière à en éliminer les espèces chimiques toxiques. Dans de tels véhicules on observe que la température des gaz d'échappement peut atteindre plus de 1000 C et porter la température de la bride de sortie 5 du collecteur d'échappement à une température très élevée alors que la température de sa bride d'entrée 1 est plus basse du fait de son contact étendu DB5179 FR DEM 0 2908821 2 avec la culasse 2 du moteur dont on sait qu'elle est classiquement énergiquement refroidie. Il en résulte dans le collecteur d'échappement de forts gradients thermiques qui, de surcroît, évoluent cycliquement pendant les diverses phases de 5 fonctionnement du moteur. Ces gradients thermiques engendrent des contraintes mécaniques qui se développent dans le collecteur et qui sont alors à l'origine de fissurations ou de déformations de celui-ci, avec pour conséquence des fuites dommageables de gaz d'échappement, avant exploitation et traitement de ceux-ci. Pour supprimer ces inconvénients on a proposé, dans des collecteurs 10 mécano-soudés, de réduire la température des zones les plus chaudes du collecteur en équipant celui-ci de parois doubles. On a aussi proposé de réaliser la bride d'entrée dans un matériau présentant un coefficient de dilation plus fort que celui utilisé pour réaliser les parties du collecteur qui atteignent en fonctionnement une température plus élevée que la 15 bride d'entrée. Cette proposition, comme la précédente, a pour inconvénient d'accroître la complexité, et donc le prix de revient de fabrication, du collecteur. On a encore proposé d'équiper le collecteur de moyens permettant d'absorber les dilatations différentielles évoquées ci-dessus afin d'empêcher les 20 désordres qu'elles provoquent (voir la demande de brevet français n 2 722 243 déposée au nom de la Régie Nationale des Usines Renault). La présente invention a pour but de fournir une solution au problème résultant de ces dilatations thermiques différentielles, qui soit à la fois efficace et de mise en a vre simple, donc peu coûteuse. 25 On atteint ce but de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront dans la suite, avec un ensemble collecteur d'échappement/culasse du type énoncé en préambule de la présente demande de brevet, remarquable en ce que cet ensemble comprend des moyens pour relever la température de la bride d'entrée du collecteur de manière à homogénéiser, en fonctionnement, la température de ce collecteur. 30 Comme on l'expliquera en plus de détail dans la suite de la présente description, ces moyens permettent de supprimer efficacement les désordres dus aux dilatations différentielles observées précédemment, sans modification coûteuse de l'ensemble en question. Suivant d'autres caractéristiques de cet ensemble : DB5179 FR DEM 0 2908821 3 - les moyens pour relever la température de la bride comprennent au moins une extension d'au moins une des tubulures, cette extension traversant la bride d'entrée pour être reçue dans un lamage creusé dans la culasse autour de la sortie de gaz d'échappement du cylindre correspondant, 5 - l'extension et le lamage sont conformés pour être séparés par un jeu radial, - l'extension et le lamage sont conformés pour être écartés en outre par un jeu axial ménagé entre le fond du lamage et une surface en regard de l'extension, le collecteur étant monté sur la culasse par des moyens de fixation traversant la bride et pénétrant dans la culasse autour du lamage, 10 - en variante, le jeu axial est ménagé entre la surface de la bride d'entrée extérieure au lamage et la surface en regard de la culasse, l'extrémité de l'extension étant alors appliquée contre le fond du lamage et le collecteur étant monté sur la culasse par des moyens de fixation traversant axialement l'extension et le fond du lamage, 15 - l'ensemble comprend des moyens de centrage du collecteur sur la culasse, ces moyens étant constitués par un épaulement formé sur l'extension pour combler le jeu radial sur une fraction de la hauteur de cette extension. La présente invention concerne aussi un collecteur d'échappement conçu pour faire partie d'un tel ensemble, ce collecteur comprenant une bride d'entrée de 20 gaz d'échappement conformée pour être fixée à la culasse du moteur au niveau des sorties des gaz d'échappement des cylindres, une bride de sortie conformée pour être raccordée à une ligne d'échappement des gaz, éventuellement à travers un appareil d'exploitation ou de traitement de ces gaz, et une pluralité de tubulures disposées entre ces brides pour réunir autant de courants de gaz d'échappement 25 sortant chacun d'un des cylindres du moteur en un courant unique traversant la bride de sortie vers la ligne d'échappement, ce collecteur étant remarquable en ce que la bride d'entrée est traversée par des extensions des tubulures, ces extensions étant conformées pour être reçues dans des lamages correspondants de la culasse. La présente invention concerne encore une culasse de moteur à combustion 30 interne conçue pour recevoir un tel collecteur, cette culasse, qui comprend une pluralité de sorties de gaz d'échappement venus des cylindres du moteur, étant remarquable en ce qu'au moins une de ces sorties débouche dans un lamage creusé dans la culasse pour accueillir une extension d'une tubulure correspondante du collecteur de gaz d'échappement associé. DB5179 FR DEM 0 2908821 4 D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel : - la figure 1 représente schématiquement une coupe d'un ensemble 5 collecteur d'échappement/culasse de la technique antérieure, décrit en préambule de la présente description, - la figure 2 représente schématiquement, en coupe, un ensemble collecteur d'échappement/culasse selon la présente invention, - la figure 3 représente schématiquement une partie d'un premier mode de 10 réalisation de cet ensemble, correspondant au détail A du collecteur de la figure 2, et - la figure 4 est une vue analogue à celle de la figure 3, d'un deuxième mode de réalisation de l'ensemble suivant la présente invention. On se réfère à la figure 2 du dessin annexé où des références identiques à 15 celles utilisées sur la figure 1 repèrent des éléments identiques ou similaires. Il apparaît immédiatement que le collecteur 7 de gaz d'échappement suivant l'invention se distingue du collecteur connu C schématisé à la figure 1 en ce que sa bride d'entrée 1 est traversée par des extensions 6a à 6d des tubulures 3a à 3d respectivement, ces extensions et ces tubulures se trouvant ainsi disposées de part 20 et d'autre du plan de la surface de la bride 1. Suivant une caractéristique de la présente invention, ces extensions 6a à 6d sont conformées pour être reçues dans des alésages ou lamages de forme cylindrique complémentaire, creusés dans une culasse 8 sur laquelle le collecteur de la figure 2 doit être fixé. 25 Un tel lamage 9b apparaît sur la figure 3 du dessin annexé, qui représente une vue partielle, en coupe axiale, d'une partie d'un premier mode de réalisation de l'ensemble collecteur/culasse suivant la présente invention, cette partie correspondant au détail A de l'ensemble représenté à la figure 2. Sur cette figure apparaît une partie de la culasse 8 d'un tel ensemble, en 30 coupe axiale au niveau d'un conduit 4b de sortie des gaz d'échappement produits par un des cylindres du moteur à combustion interne. La bride 1 du collecteur est appliquée sur une face plane correspondante de la culasse 8. Elle est fixée sur cette culasse par des goujons d'axes X, X' ou par tout autre moyen de fixation convenable, avec interposition d'un joint d'étanchéité (non représenté). DB5179 FR DEM 0 2908821 5 Sur cette figure il apparaît aussi que l'extension 6b, de section droite circulaire, de la tubulure 3b du collecteur est reçue, avec jeu radial Jr et jeu axial Ja, dans un lamage 9b de forme cylindrique correspondante, creusé dans la culasse 8 au voisinage et autour du débouché du conduit 4b de sortie des gaz 5 d'échappement. Le jeu axial Ja est ménagé entre le fond du lamage 9b et l'extrémité en regard de l'extension 6b. La section droite du lamage présente ainsi un diamètre extérieur supérieur de 2.Jr au diamètre extérieur de l'extension 6b. Avantageusement, comme représenté, le diamètre du conduit 4b et le 10 diamètre intérieur de la tubulure 3b sont sensiblement identiques pour faciliter l'écoulement des gaz. On comprend que la surface interne de l'extension 6b s'ajoute à celle de la tubulure 3b qui est en contact avec les gaz d'échappement chauds qui sortent du conduit 8. Dans la traversée de la bride d'entrée 1 la surface de paroi du collecteur 15 qui est chauffée par les gaz d'échappement est ainsi sensiblement accrue par rapport à la surface correspondante du collecteur connu représenté à la figure 1. Au niveau de la bride d'entrée 1 les échanges thermiques entre ces gaz et le collecteur sont alors plus importants et la température de cette bride en est relevée d'autant par rapport à celle de la bride correspondante du collecteur de la figure 1. 20 Les jeux Jr et Ja permettent aux gaz chauds de lécher aussi la surface d'extrémité et la surface extérieure de l'extension 6b, ces surfaces s'ajoutant ainsi à la surface interne de l'extension 6b pour participer aux échanges thermiques et renforcer encore le réchauffement de la bride d'entrée 1. Le relèvement de la température de cette bride d'entrée obtenue par les 25 extensions 6a à 6d du collecteur selon l'invention rapproche cette température de celle des autres parties du collecteur. Ces extensions permettent ainsi de contrer efficacement le refroidissement de cette bride dû à son contact avec la culasse refroidie du moteur. La température du collecteur suivant l'invention étant ainsi homogénéisée, 30 les dégradations dues aux dilatations thermiques différentielles explicitées en préambule de la présente description sont supprimées ou, pour le moins, minimisées, moyennant des modifications simples et donc peu coûteuses du collecteur et de la culasse classiques, conformément au but poursuivi par la présente invention. DB5179 FR DEM 0 2908821 6 Suivant une autre caractéristique de la présente invention, l'ensemble collecteur/culasse (7,8) peut avantageusement comprendre des moyens de centrage des extensions 6a à 6d dans les lamages 9a à 9d, respectivement. Comme représenté à la figure 3, ces moyens peuvent être constitués par un 5 épaulement 10, continu ou non, formé autour de la racine d'au moins une des extensions 6a à 6d, cet épaulement présentant une épaisseur radiale égale au jeu Jr précité, pour combler l'espace situé entre la surface latérale de cette extension et la paroi en regard du lamage, sur au moins une fraction de la hauteur de cette extension. 10 On se réfère maintenant à la figure 4 du dessin annexé pour décrire un deuxième mode de réalisation de l'ensemble collecteur/ culasse suivant la présente invention. Comme représenté, celui-ci se distingue du mode de réalisation de la figure 3 en ce que l'extrémité d'une extension telle que celle référencée 6b descend jusqu'au fond du lamage 9b. Un joint d'étanchéité (non représenté) est interposé 15 entre les faces en regard de ce fond et de l'extension. Des goujons d'axes X, X' traversent axialement l'extension et le fond du lamage pour fixer le collecteur 7 sur la culasse 8 en serrant le joint d'étanchéité entre eux. Comme dans le mode de réalisation de la figure 3, il est possible de prévoir au moins un épaulement de centrage analogue à l'épaulement 10 de ce mode de réalisation. 20 Dans le mode de réalisation de la figure 4 un jeu axial Ja est ménagé, hors des lamages, entre les faces en regard de la bride d'entrée et de la culasse. Le mode de réalisation de la figure 4 établit une rigidification locale de la bride d'entrée qui contribue à limiter les effets des déformations dues aux dilatations différentielles exposées plus haut. 25 Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisations décrits et représentés qui n'ont été donné qu'à titre d'exemple. C'est ainsi que les sections droites des diverses tubulures et extensions du collecteur pourraient être de forme autre que circulaire, moyennant une adaptation convenable des formes des parties de la culasse qui reçoivent ces extensions. DB5179 FR DEM 0 REVENDICATIONS 1. Ensemble collecteur d'échappement/culasse (7, 8) pour moteur à combustion interne à plusieurs cylindres, ledit collecteur (7) comprenant une bride d'entrée (1) de gaz d'échappement conformée pour être fixée à ladite culasse (8) au niveau des sorties des gaz d'échappement desdits cylindres, une bride de sortie (5) conformée pour être raccordée à une ligne d'échappement desdits gaz, éventuellement à travers au moins un appareil d'exploitation ou de traitement desdits gaz, et une pluralité de tubulures (3a à 3d) disposées entre lesdites brides (1, 5) pour réunir autant de courants de gaz d'échappement sortant chacun d'un desdits cylindres dudit moteur, en un courant unique traversant ladite bride de sortie (5) vers ladite ligne d'échappement, ensemble caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (6a à 6d, 9a à 9d) pour relever la température de ladite bride d'entrée (1) de manière à homogénéiser, en fonctionnement, la température dudit collecteur (7). 2. Ensemble conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent au moins une extension (6a à 6d) d'au moins une desdites tubulures (3a à 3d), ladite extension traversant ladite bride d'entrée (1) pour être reçue dans un lamage (9a à 9d) creusé dans ladite culasse autour de la sortie de gaz d'échappement du cylindre correspondant. 3. Ensemble conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que ladite extension et ledit lamage sont conformés pour être séparés par un jeu radial (Jr). 4. Ensemble conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que ladite extension et ledit lamage sont conformés pour être écartés en outre par un jeu axial (Ja)• 5. Ensemble conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que ledit jeu axial (Ja) est ménagé entre le fond dudit lamage (9a à 9d) et une surface en regard de ladite extension (6a à 6d). 6. Ensemble conforme à la revendication 3, caractérisé en ce qu'un jeu axial (Ja) est ménagé entre la surface de ladite bride d'entrée (1) extérieure audit lamage (9a à 9d) et la surface en regard de ladite culasse (8). 7. Ensemble conforme à l'une quelconque des revendications 3, 4 et 5, caractérisé en ce que ledit collecteur (7) est monté sur ladite culasse (8) par des moyens de fixation traversant ladite bride d'entrée (1) et pénétrant dans ladite culasse (8) autour dudit lamage (9a à 9d). 2908821 8 8. Ensemble conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que l'extrémité de ladite extension (6a à 6d) est appliquée contre le fond dudit lamage (9a à 9d) et en ce que ledit collecteur (7) est monté sur ladite culasse (8) par des moyens de fixation traversant axialement ladite extension (6a à 6d) et le fond dudit 5 lamage (9a à 9d). 9. Ensemble conforme à l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de centrage (10) dudit collecteur (7) sur ladite culasse (8), lesdits moyens (10) étant constitués par un épaulement formé sur ladite extension (6a à 6d) pour combler ledit jeu radial (Jr) sur une fraction de la 10 hauteur de cette extension. 10. Collecteur d'échappement conçu pour faire partie de l'ensemble conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, ledit collecteur (7) comprenant une bride d'entrée (1) de gaz d'échappement conformée pour être fixée à la culasse (8) dudit moteur au niveau des sorties des gaz d'échappement desdits 15 cylindres, une bride de sortie (5) conformée pour être raccordée à une ligne d'échappement desdits gaz, éventuellement à travers un appareil d'exploitation ou de traitement desdits gaz, et une pluralité de tubulures (3a à 3d) disposées entre lesdites brides (1, 5) pour réunir autant de courants de gaz d'échappement sortant chacun d'un des cylindres dudit moteur en un courant unique traversant ladite bride 20 de sortie vers ladite ligne d'échappement, collecteur caractérisé en ce que ladite bride d'entrée (1) est traversée par des extensions (6a à6d) desdites tubulures, lesdites extensions étant conformées pour être reçues dans des lamages (9a à 9d) correspondants de ladite culasse (8). 11. Culasse de moteur à combustion interne formant partie de l'ensemble 25 conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant une pluralité de sorties de gaz d'échappement venus des cylindres dudit moteur, caractérisée en ce qu'au moins une desdites sorties débouche dans un lamage (9a à 9d) creusé dans ladite culasse (8) pour accueillir une extension (9a à 9d) d'une tubulure correspondante (6a à 6d) du collecteur (7) de gaz d'échappement associé. 30 DB5179 FR DEM 0