Brevet FR2920188A3 — publié le 20090227

FR 2920188 A3 20090227 FR 0757133 A 20070823 Collecteur d'échappement renforcé pour moteur à combustion interne L'invention concerne un collecteur d'échappement renforcé pour moteur à combustion interne. L'invention concerne plus particulièrement un collecteur d'échappement, pour moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, comportant : -au moins un conduit d'entrée qui est apte à être raccordé à un orifice de sortie des gaz d'échappement d'un cylindre du io moteur au moyen d'une bride d'entrée, et - au moins un conduit de sortie qui est apte à être raccordé à un élément d'un circuit des gaz d'échappement du moteur au moyen d'une bride de sortie. Généralement, un moteur à combustion interne d'un 15 véhicule automobile est équipé d'un circuit d'échappement des gaz brûlés qui comporte notamment un collecteur d'échappement. Le collecteur d'échappement est une pièce moulée ou mécano-soudée qui comporte une pluralité de conduits d'entrée dont chacun est apte à être raccordé à un orifice de sortie des 20 gaz d'une chambre à combustion du moteur, au moins un conduit de sortie qui est apte à être raccordé à un élément du circuit d'échappement du moteur, et un corps creux intermédiaire, aussi appelé plenum. Le collecteur d'échappement comporte une bride d'entrée 25 de fixation dont une semelle s'étend radialement depuis le tronçon d'entrée de chacun des conduits d'entrée du collecteur. La semelle radiale est apte à être fixée sur une face d'échappement du bloc-cylindres du moteur de sorte que chaque conduit d'entrée du collecteur d'échappement est raccordé à 30 l'orifice de sortie des gaz associé de la chambre à combustion du moteur. Afin de garantir une bonne étanchéité du collecteur d'échappement, il est connu d'intercaler un joint d'étanchéité 2 entre la semelle radiale de la bride d'entrée du collecteur et la face d'échappement du bloc-cylindres du moteur. Toutefois, au cours du fonctionnement du moteur, le collecteur d'échappement est soumis à des contraintes thermomécaniques qui peuvent provoquer une mauvaise étanchéité du collecteur d'échappement. En effet, pendant le fonctionnement du moteur, les gaz chauds sortant du bloc-cylindres du moteur portent le collecteur d'échappement à une température élevée, en particulier le conduit io de sortie du collecteur à travers lequel s'écoulent les gaz qui ont pénétré par les conduits d'entrée. En revanche, la bride d'entrée du collecteur qui est en contact avec la face d'échappement du bloc-cylindres du moteur atteint une température moins élevée que le conduit de sortie du 15 collecteur. Cette différence de températures provoque des contraintes thermomécaniques dans le collecteur. Ces contraintes peuvent provoquer des déformations et des fissures des conduits du collecteur, ce qui créé des fuites de 20 gaz. Pour résoudre ce problème, le document FR-A1-2.722.243 décrit et représente un collecteur d'échappement dont chaque conduit conforme une zone annulaire élargie radialement dans le but d'absorber les dilatations thermiques. 25 Cette solution, bien qu'efficace pour absorber une partie des dilatations, ne résout pas le problème de la mauvaise étanchéité du collecteur d'échappement dû à la déformation du collecteur, notamment de la bride d'entrée du collecteur. De même, au cours de la phase de serrage de la bride 30 d'entrée sur le bloc-cylindres du moteur, la semelle radiale de la bride est déformée par la pression de serrage, notamment à cause de l'écrasement du joint d'étanchéité et des imperfections 3 géométriques de la semelle radiale et/ou de la face d'échappement du bloc-cylindres du moteur. Afin de limiter les risques d'une mauvaise étanchéité qui résulte de la déformation de la semelle radiale, une solution à ce problème consiste à rigidifier le collecteur d'échappement, et notamment la semelle radiale de la bride d'entrée du collecteur. A cet effet, il est connu d'augmenter l'épaisseur de la semelle radiale de la bride d'entrée, mais cette solution augmente la masse et l'encombrement du collecteur d'échappement. io L'invention vise à résoudre ces problèmes en augmentant, au moins localement, la rigidité du collecteur d'échappement en renforçant les conduits du collecteur d'échappement. Dans ce but, l'invention propose un collecteur du type décrit précédemment, caractérisé en ce que au moins un des 15 conduits du collecteur comporte au moins une entretoise interne de renfort qui s'étend globalement diamétralement depuis une paroi interne annulaire du conduit associé. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - la bride d'entrée comporte une semelle de fixation qui 20 s'étend radialement depuis un tronçon d'entrée du conduit d'entrée du collecteur d'échappement et qui délimite un orifice d'entrée des gaz, et une entretoise est agencée au moins en partie à l'intérieur dudit orifice d'entrée du conduit d'entrée associé ; 25 - la bride de sortie comporte une semelle de fixation qui s'étend radialement depuis un tronçon de sortie du conduit de sortie du collecteur d'échappement et qui délimite un orifice de sortie des gaz, et une entretoise est agencée au moins en partie à l'intérieur dudit orifice de sortie du tronçon de sortie du conduit de 30 sortie associé ; - l'entretoise comporte au moins une première plaque qui s'étend diamétralement à l'intérieur du conduit associé et qui est raccordé à la paroi interne dudit conduit associé ; 4 - l'entretoise comporte au moins une seconde plaque qui s'étend diamétralement à l'intérieur du conduit associé, qui est orthogonale à la première plaque et qui est raccordé à la paroi interne dudit conduit associé ; - la première plaque et/ou la seconde plaque comporte une forme profilée pour favoriser l'écoulement des gaz dans le conduit associé - la forme profilée de la première plaque et/ou de la seconde plaque de l'entretoise est globalement profilée en goutte io d'eau ; - l'entretoise est réalisée venue de matière avec le conduit associé - l'entretoise est une pièce rapportée et fixée dans le conduit associé. 15 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 aux dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective avec arrachement, 20 illustrant un collecteur d'échappement qui comporte un conduit de sortie et des conduits d'entrée, chaque conduit comportant une entretoise interne de renfort ; - la figure 2 est une vue de face, illustrant une semelle d'une bride d'entrée de fixation du collecteur qui s'étend 25 radialement depuis les conduits d'entrée du collecteur ; - la figure 3 est une section selon la ligne 3-3 de la figure 2, illustrant une plaque radiale profilée d'une des entretoises de renfort ; - la figure 4 est une vue de détail en perspective, illustrant 30 l'entretoise qui est agencée dans l'un des conduits d'entrée de la figure 1 - la figure 5 est une vue partielle de face, illustrant un conduit d'entrée du collecteur qui comporte une entretoise de renfort ne comportant qu'une plaque radiale, selon une variante de réalisation. On utilisera à titre non limitatif les orientations longitudinale, verticale et transversale selon le trièdre L, V, T 5 représenté aux figures. Les éléments identiques, similaires ou analogues seront désignés par les mêmes chiffres de référence. La figure 1 représente un collecteur d'échappement 10 d'un circuit d'échappement (non représenté) des gaz brûlés d'un io moteur à combustion interne (non représenté). Le collecteur d'échappement 10 comporte ici un corps creux transversal, dit plenum 12, depuis lequel s'étendent quatre conduits d'entrée 14a, 14b, 14c, 14d longitudinaux et un conduit de sortie 16 vertical. 15 Le conduit de sortie 16 est un cylindre comportant un tronçon de sortie 18 qui délimite un orifice de sortie 22 des gaz. Le tronçon de sortie 18 est raccordé à une semelle radiale 20 d'une bride de sortie 21 de fixation. La semelle radiale 20 de la bride de sortie 21 comporte 20 une pluralité de trous 24 pour la fixation de la bride de sortie 21 sur un élément (non représenté) du circuit d'échappement, comme un turbocompresseur. Les conduits d'entrée 14a, 14b, 14c, 14d sont ici des cylindres dont chacun comporte un tronçon d'entrée 26a, 26b, 25 26c, 26d qui délimite un orifice d'entrée 28a, 28b, 28c, 28d. Les tronçons d'entrée 26a, 26b, 26c, 26d sont raccordés à une semelle radiale 30 d'une bride d'entrée 31 de fixation, comme l'illustre les figures 1 et 2. La semelle radiale 30 de la bride d'entrée 31 comporte une 30 face radiale de raccord 33 et une pluralité de trous 32 pour la fixation de la bride d'entrée 31 sur une face d'échappement (non représentée) complémentaire du bloc-cylindres du moteur, par exemple au moyens de vis. 6 Ainsi, chaque conduit d'entrée 14a, 14b, 14c, 14d du collecteur d'échappement 10 est apte à être raccordé à un orifice de sortie (non représentés) des gaz d'une chambre à combustion du bloc-cylindres du moteur. La semelle radiale 30 de la bride d'entrée 31 est ici réalisée venue de matière par moulage avec les conduits d'entrée 14a, 14b, 14c, 14d du collecteur d'échappement 10. Toutefois, les tronçon d'entrée 26a, 26b, 26c, 26d des conduits d'entrée 14a, 14b, 14c, 14d du collecteur d'échappement io 10 peuvent chacun être fixés sur la semelle radiale 30, par exemple par soudage. Comme on peut le voir aux figures 1 et 2, chaque conduit d'entrée 14a, 14b, 14c, 14d et le conduit de sortie 16 du collecteur d'échappement 10 comportent une entretoise 34 interne 15 de renfort. Afin de faciliter la compréhension de la description, seul le conduit 14a et l'entretoise 34 associée sont décrits dans la suite de la description. Les entretoises 34 étant similaires et agencées chacune 20 dans un conduit associé de la même manière, leur description découle de la description qui suit. Comme le montre les figure 2 et 4, l'entretoise 34 comporte une première plaque 36a radiale qui s'étend diamétralement en travers du tronçon d'entrée 26a du conduit 14a 25 en passant par un axe A du tronçon d'entrée 26a. La première plaque 36a comporte une première extrémité 37 radiale et une seconde extrémité 39 radiale qui sont chacune raccordées à une paroi interne 38 cylindrique du conduit 14a. On a représenté à la figure 3 une section de la première 30 plaque 36a selon un plan parallèle à la direction de l'écoulement des gaz à travers le conduit d'entrée 14a. La première plaque 36a présente une forme profilée aérodynamique, afin de favoriser l'écoulement des gaz et de 7 limiter la perte de charge dans le conduit d'entrée 14a associé, notamment en limitant la traînée et les turbulences qui sont engendrées par la première plaque 36a. La forme profilée de la première plaque 36a présente une section symétrique selon un plan B de symétrie qui est parallèle à la direction de l'écoulement des gaz dans le conduit d'entrée 14a. Plus précisément, la forme profilée de la première plaque 36a est ici globalement de la forme du profil d'une goutte d'eau ou du profil dit de Joukowski, qui est de section décroissante io d'amont en aval selon le sens d'écoulement des gaz. L'entretoise 34 comporte une seconde plaque 36b radiale, identique à la première plaque 36a radiale, qui est décalée angulairement d'un quart de tour autour de l'axe A et qui est raccordée à la paroi interne 38 du conduit d'entrée 14a, de sorte 15 que la seconde plaque 36b est orthogonale à la première plaque 36a de l'entretoise 34. L'entretoise 34 est ici réalisée venue de matière par moulage avec le conduit d'entrée 14a associé. Toutefois, l'entretoise 34 peut être réalisée séparément par 20 moulage avant d'être raccordée à la paroi interne 38 du conduit d'entrée 14a par un moyen de fixation adapté, par exemple par soudage. Comme on peut le voir à la figure 1, l'entretoise 34 est agencée dans le tronçon d'entrée 26a du conduit d'entrée 14a de 25 sorte que sa première plaque 36a et sa seconde plaque 36b s'étendent en partie dans toute l'épaisseur de la semelle 30 radiale de la bride 31. De plus, l'entretoise 34 est agencée de façon affleurante par rapport à la face radiale de raccord 33 de la semelle 30 radiale 30. Ainsi, les plaques 36a, 36b radiales de l'entretoise 34 s'opposent aux déformations de la semelle radiale 30 de la bride 31 afin de garantir une meilleure étanchéité entre la semelle 8 radiale 30 et la face d'échappement du bloc-cylindres du moteur sur laquelle la semelle radiale 30 est destinée à être fixée. De plus, les entretoises 34 permettent de réduire l'épaisseur des parois des conduits 14a, 14b, 14c, 14d, 16 et des semelles radiales 20, 30 de la bride de sortie 21 et de la bride d'entrée 31, à rigidité constante, grâce à quoi l'inertie thermique du collecteur d'échappement 10 est moins élevée. Selon une variante de réalisation représentée à la figure 5, l'entretoise 34 comporte une unique plaque 36a radiale, afin de io limiter la perte de charge dans le conduit d'entrée 14a associé. A titre non limitatif, le conduit d'entrée 14a peut comporter une pluralité d'entretoises 34 ou une entretoise 34 qui s'étend axialement dans tout ou partie du conduit d'entrée 14a associé, notamment afin de renforcer le conduit d'entrée 14a et de 15 prévenir le risque de fêlures qui résulte des contraintes thermomécaniques. De même, une plusieurs entretoises 34 peuvent être agencées dans le plenum 12 du collecteur d'échappement 10. Aussi, chaque conduit d'entrée 14a, 14b, 14c, 14d du 20 collecteur d'échappement 10 peut être raccordé à une semelle radiale indépendante de fixation (non représentées), de sorte que la bride d'entrée 31 du collecteur 10 comporte une pluralité de semelles radiales indépendantes mécaniquement, pour limiter les déformations géométriques par effet d'échelle, tel que l'on peut le 25 constater avec une unique grande semelle radiale de fixation. REVENDICATIONS 1. Collecteur d'échappement (10), pour moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, comportant : - au moins un conduit d'entrée (14a, 14b, 14c, 14d) qui est apte à être raccordé à un orifice de sortie des gaz d'échappement d'un cylindre du moteur au moyen d'une bride d'entrée (31), et - au moins un conduit de sortie (16) qui est apte à être raccordé à un élément d'un circuit des gaz d'échappement du moteur au moyen d'une bride de sortie (21), io caractérisé en ce que au moins un desdits conduits (14a, 14b, 14c, 14d, 16) du collecteur (10) comporte au moins une entretoise interne (34) de renfort qui s'étend globalement diamétralement depuis une paroi interne (38) annulaire du conduit associé. 2. Collecteur d'échappement (10) selon la revendication 1, 15 caractérisé en ce que la bride d'entrée (31) comporte une semelle (30) de fixation qui s'étend radialement depuis un tronçon d'entrée (26a) du conduit d'entrée (14a) du collecteur (10) d'échappement et qui délimite un orifice d'entrée (28a) des gaz, et en ce qu'une entretoise (34) est agencée au moins en partie à 20 l'intérieur dudit orifice d'entrée (28a) du conduit d'entrée (14a) associé. 3. Collecteur d'échappement (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bride de sortie (21) comporte une semelle (20) de fixation qui s'étend radialement depuis un tronçon 25 de sortie (18) du conduit de sortie (16) du collecteur (10) d'échappement et qui délimite un orifice de sortie (22) des gaz, et en ce qu'une entretoise (34) est agencée au moins en partie à l'intérieur dudit orifice de sortie (22) du tronçon de sortie (18) du conduit de sortie (16) associé. 30 4. Collecteur d'échappement (10) selon l'une quelconque des revendication précédentes, caractérisé en ce que l'entretoise (34) comporte au moins une première plaque (36a) qui s'étend i0 diamétralement à l'intérieur du conduit associé et qui est raccordé à la paroi interne (38) dudit conduit associé. 5. Collecteur d'échappement (10) selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'entretoise (34) comporte au moins une seconde plaque (36b) qui s'étend diamétralement à l'intérieur du conduit associé, qui est orthogonale à la première plaque (36a) et qui est raccordée à la paroi interne (38) dudit conduit associé. 6. Collecteur d'échappement (10) selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que la première io plaque (36a) et/ou la seconde plaque (36b) comporte une forme profilée pour favoriser l'écoulement des gaz dans le conduit associé. 7. Collecteur d'échappement (10) selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite forme profilée de la première plaque 15 (36a) et/ou de la seconde plaque (36b) de l'entretoise (34) est globalement profilée en goutte d'eau. 8. Collecteur d'échappement (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'entretoise (34) est réalisée venue de matière avec le conduit associé. 20 9. Collecteur d'échappement (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'entretoise (34) est une pièce rapportée et fixée dans le conduit associé.