Brevet FR2976619A1 — publié le 20121221

Système d'échappement de. véhicule avec modulation sonore La présente invention se rapporte à un système d'échappement pour véhicule à moteur à combustion, en particulier pour voiture de sport. Les systèmes d'échappement de véhicules, en particulier les pots d'échappement, on pour fonction d'évacuer dans l'atmosphère des gaz issus de la combustion d'un carburant dans un moteur desdits véhicules. Les moteurs à combustion de véhicules terrestres comme les voitures sont généralement bruyants. En conséquence, la plupart des systèmes d'échappement ont également la fonction d'amoindrir et/ou de rendre plus agréable le son généré par la sortie des gaz d'échappement du moteur. Les voitures destinées aux déplacements en milieu urbain sont tenues de conserver un faible niveau sonore ; les pots d'échappement de ce type de véhicules sont généralement équipés de silencieux visant à réduire ce niveau sonore. De tels silencieux sont par exemple décrits dans les documents WO2009/009120 et WO2011/047852. Au contraire, les voitures de sport sont conçues pour être conduites à des vitesses élevées, à des fins ludiques. Les systèmes d'échappement de ces véhicules sont en général conçus pour optimiser leur puissance et leur capacité d'accélération. Par ailleurs, le son généré par une voiture de sport participe directement au plaisir de la conduite. Les conducteurs apprécient particulièrement les véhicules susceptibles d'émettre un « rugissement », notamment durant les phases d'accélération. Les systèmes d'échappement de voitures sportives sont typiquement conçus pour moduler la qualité du son durant les différentes phases de conduite, notamment en termes d'intensité, de fréquence et/ou d'amplitude. Cependant, de tels systèmes d'échappements sont conçus selon des paramètres extrêmement précis, pour combiner l'optimisation de la puissance du véhicule et la modulation sonore. L'installation d'un tel système sur un véhicule existant nécessite d'adapter et/ou de changer un certain nombre de pièces, à un coût souvent élevé. De plus, pour des raisons pratiques, il est souhaitable que les voitures de sport puissent également être utilisées en ville. II est donc avantageux de prévoir un système d'échappement générant différents niveaux sonores, selon les conditions d'utilisation. Le document W02009111307 décrit un système d'échappement permettant de permuter entre un faible niveau sonore et un niveau sonore 5 élevé. Cependant, la géométrie d'un tel système le rend plus adapté à un deux-roues qu'à un véhicule de type voiture de sport. La présente invention se rapporte à un système d'échappement permettant de moduler efficacement le son d'un véhicule à moteur à combustion. Le type de sonorité est facilement adaptable au véhicule, ainsi 10 qu'aux goûts d'un utilisateur. Par ailleurs, selon une forme de l'invention, il est possible de permuter entre un système silencieux et un système sonore. Un objet de l'invention est en effet un système d'échappement pour évacuer des gaz de combustion d'un moteur vers l'extérieur d'un véhicule, ledit système comportant un circuit pour la circulation desdits gaz de 15 combustion, ledit circuit comprenant : une entrée pourvue de moyens de raccordement audit moteur ; une sortie pour évacuer des gaz dans l'atmosphère ; ledit système étant caractérisé en ce que le circuit comporte en outre un conduit coudé, tel qu'un premier axe de déplacement des gaz en amont du coude forme un angle avec un second axe de déplacement des 20 gaz en aval dudit coude, ledit coude étant équipé d'une membrane vibrante sensiblement plane, ledit plan étant sensiblement parallèle au second axe et formant un angle avec le premier axe, ledit angle étant compris entre 45°et 1350 La membrane est conçue pour produire un son particulier en vibrant 25 sous l'action mécanique des gaz d'échappement. Naturellement, le son est d'autant plus intense que le plan de la membrane forme un angle proche de 90°avec le premier axe. Préférentiellement, ledit angle est compris entre 60° et 120°, plus préférentiellement entre 80°et 100° La membrane vibrante comporte préférentiellement une feuille 30 métallique, bien que d'autres matériaux puissent être utilisés. Les métaux peuvent par exemple être choisis parmi le cuivre, l'aluminium, l'acier inoxydable. Le choix du métal est déterminant pour les caractéristiques des vibrations de la membrane, donc pour la qualité du son. Il est donc possible de modifier facilement le son du système d'échappement, en changeant de 35 membrane. Selon une forme de l'invention, en aval de la membrane, une section du conduit coudé varie selon le second axe de déplacement des gaz. Il est notamment possible de donner au conduit une forme conique, afin de modifier la vitesse de déplacement des gaz dans ledit conduit. Une telle modification influence également la qualité du son, par les vibrations engendrées. Il est classique qu'un système d'échappement comporte un silencieux. Par « silencieux », on entend un dispositif permettant d'assurer la détente des gaz d'échappement afin de réduire le niveau sonore du véhicule. Un tel silencieux peut par exemple comporter une ou plusieurs chambres compartimentées, ou encore un conduit perforé traversant une chambre de volume plus élevé. Selon une forme préférentielle de l'invention, le circuit pour la circulation desdits gaz de combustion comprend au moins un silencieux, le conduit coudé étant monté en parallèle dudit silencieux entre l'entrée et la sortie. Cette forme de l'invention est préférable pour les voitures de sport. En effet, elle permet de situer la membrane génératrice de son sur une branche secondaire du circuit, ce qui permet de conserver aux gaz d'échappement une trajectoire principale sensiblement rectiligne. Etant données les exigences des véhicules de sport en termes de puissance, l'optimisation du système d'échappement implique en général d'éviter les trajectoires coudées. Cependant, pour certains véhicules à moindre exigence de performance, il est également possible de situer le conduit coudé sur le 25 circuit principal, par exemple en amont d'un silencieux. Un intérêt de monter la membrane vibrante en parallèle d'un silencieux réside également dans la flexibilité du système. En effet, selon une forme préférentielle de l'invention, le circuit comprend en outre un moyen de modulation du débit de gaz dans le conduit coudé. On peut ainsi faire varier 30 la répartition du débit de gaz entre la branche principale du circuit -- équipée du silencieux - et la branche secondaire, équipée de la membrane. L'utilisateur peut donc faire varier la qualité du son au cours de l'utilisation du véhicule. Le moyen de modulation est préférentiellement une valve à dépression 35 d'air. Elle peut notamment. être commandée par un interrupteur situé sur le tableau de. bord du véhicule, ou encore par télécommande. Une telle valve permet notamment de fermer la branche du circuit comportant la membrane, afin d'assurer un faible niveau sonore au véhicule. Une voiture de sport équipée selon l'invention pourra ainsi être utilisée en ville sans problème de pollution sonore. Selon une forme de l'invention, le circuit comprend en outre au moins un catalyseur, par exemple situé en amont du conduit coudé. Un catalyseur, ou pot catalytique, vise à limiter la nocivité des gaz d'échappement. Il comporte généralement une chambre renfermant une structure en nid d'abeille, ladite structure étant tapissée d'éléments chimiques réagissant avec des composés du gaz d'échappement. Un autre objet de l'invention est un véhicule à moteur à combustion, équipé d'un système d'échappement tel que décrit précédemment. Préférentiellement, il s'agit d'un véhicule terrestre à quatre roues de type automobile. Un autre objet de l'invention est un conduit équipé de moyens de raccordement à un système d'échappement pour évacuer des gaz de combustion d'un moteur vers l'extérieur d'un véhicule, ledit conduit comprenant deux parties formant un coude, un premier axe d'une première partie formant un angle avec un second axe d'une seconde partie, la seconde partie étant équipée d'une membrane vibrante sensiblement plane, ledit plan étant sensiblement parallèle au second axe et formant un angle avec le premier axe, ledit angle étant compris entre 45°et 135°. Un tel conduit peut être adapté sur un système d'échappement d'un 25 véhicule existant, afin de former un système d'échappement tel que décrit ci-dessus. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci sont données à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent : 30 - Figure 1: une représentation schématique d'un système d'échappement selon un mode de réalisation de l'invention ; Figure 2 : une représentation schématique d'un conduit coudé pour un système d'échappement selon un mode de réalisation de l'invention. La figure .1 montre une représentation schématique d'un système d'échappement selon un mode de réalisation de l'invention. Le système 10 d'échappement équipe un véhicule (non représenté) à moteur à combustion interne, préférentiellement une voiture. Le système 10 5 a pour fonction d'évacuer des gaz de combustion du moteur vers l'extérieur dudit véhicule. Le système 10 comporte un circuit 11 pour la circulation des gaz de combustion. Ledit circuit comprend notamment une entrée 12 reliée au moteur (non représenté) du véhicule. Dans l'exemple de la figure 1, l'entrée 10 12 est reliée audit moteur par l'intermédiaire d'un collecteur 13, qui permet de réunir les gaz d'échappement issus de différents cylindres dudit moteur. Le circuit 11 comprend également une sortie 14 pour évacuer les gaz dans l'atmosphère. Le circuit 11 peut comporter plusieurs dispositifs connus de l'état de la 15 technique des systèmes d'échappements. De tels dispositifs sont par exemple un dispositif 15 visant à réduire les émissions polluantes du véhicule. Le dispositif 15 est par exemple un catalyseur, ou encore un filtre à particules. Le circuit 11 peut également comporter un silencieux 16, visant à 20 atténuer les bruits générés par les gaz d'échappement. Plusieurs silencieux peuvent également être montés en série sur le circuit 11. Le circuit 11 comprend en outre un conduit 17, monté en parallèle du silencieux 16. Plus précisément, le silencieux 16 est disposé sur une branche 18 principale du circuit 11, ladite branche 18 s'étendant selon un axe 19 25 principal dudit circuit. Le conduit 17 comporte une première partie 20 disposée selon un deuxième axe 21. Cette première partie 20 forme un coude avec une seconde partie 22 disposée selon un troisième axe 23. Une extrémité 24 de la première partie 20 du conduit 17 est raccordée au circuit 11 entre le dispositif 15 dépolluant et le silencieux 16. Afin de 30 favoriser la circulation des gaz, la branche principale 18 du circuit 11 forme préférentiellement un angle aigu avec ladite première partie 20. L'angle p entre ladite branche principale 18 et ladite première partie 20 est donc préférentiellement inférieur ou égal à 90°. Par ailleurs, l'axe. 21 de déplacement des gaz en amont.du coude du conduit 17 forme un angle a avec l'axe 23 de déplacement des gaz en aval dudit coude. L'angle a est compris entre 45° et 135°. Toutefois, pour les mêmes 5 raisons que précédemment, il est préférable que l'angle cc soit un angle obtus afin de favoriser la circulation des gaz. Le conduit 17 est équipé d'une membrane 25 d'épaisseur variable. La membrane 25 est sensiblement disposée selon un plan perpendiculaire au plan de la figure 1. Le plan de la membrane 25 est sensiblement parallèle à 10 l'axe 23 et forme un angle a avec l'axe 21. En d'autres termes, la membrane 25 est disposée de manière à être frappée par le flux de gaz d'échappement arrivant par la première partie 20 du conduit 17. De cette manière, la membrane 25 est apte à vibrer sous l'action mécanique des gaz, produisant un son particulier. La forme et les 15 dimensions de la membrane 25 et de l'ensemble du circuit 11 permettent de moduler ce son. L'action mécanique des gaz est d'autant plus importante que la membrane 25 est disposée perpendiculairement au flux de gaz. Préférentiellement, l'angle a est compris entre 60° et 120°, plus 20 préférentiellement entre 80° et 100°. Dans l'idéal, l'angle a est sensiblement égal à 90°. Afin de perfectionner le son produit par les gaz d'échappement, la seconde partie 22 du conduit 17 peut comporter une portion 26 conique, visant à élargir ou à réduire le diamètre dudit conduit 17 dans le sens de 25 circulation des gaz. De même, selon une variante de l'exemple de la figure 1, l'extrémité 24 du conduit 17 peut être raccordée à une chambre d'expansion appartenant par exemple à un silencieux. Afin d'obtenir une vitesse des gaz suffisante pour faire vibrer la membrane 25, la première partie 20 peut avoir une forme 30 d'entonnoir dont la section s'amenuise au fur et à mesure que l'on s'approche de la membrane 25. Dans l'exemple de la figure 1, la branche principale 18 du circuit 11 et la deuxième partie 22 du conduit sont rassemblées par un collecteur 27 en amont de la sortie 14. On peut également envisager deux sorties distinctes. La première partie 20 du .conduit 1.7 peut comprendre en outre une valve 28, disposée entre l'extrémité 24 et la membrane 25. La valve 28 permet de modifier la répartition de gaz entre la branche principale 18 et le conduit 17. De cette manière, il est possible de modifier l'intensité du son produit par la membrane 25 au cours de la conduite du véhicule. La valve 25 permet notamment de condamner le conduit 17 et de faire passer la totalité du flux de gaz dans le silencieux 16. Le véhicule retrouve alors un niveau sonore très faible, approprié par exemple à la conduite en milieu urbain. La valve 28 est préférentiellement munie de moyens de commande actionnables par un interrupteur, ou par une télécommande. L'ouverture de la valve peut également être modifiée automatiquement, en fonction du régime moteur du véhicule. La figure 2 représente un conduit 50 pouvant être installé sur' un système d'échappement de manière analogue au conduit 17 de la figure 1. Un conduit 50 peut être installé sur le système d'échappement d'un véhicule existant, notamment en parallèle d'un silencieux. Il est ainsi possible de modifier facilement un véhicule existant, afin de lui conférer des propriétés sonores intéressantes du point de vue des utilisateurs. Le conduit 50 comporte notamment un caisson de résonance 51. Dans l'exemple de la figure 2, le caisson 51 a une forme sensiblement cylindrique. Sur le caisson 51 est tendue une membrane 52 analogue à la membrane 25 de la figure 1. La membrane 52 est sensiblement disposée selon un plan perpendiculaire à un axe du caisson 51 cylindrique. La membrane 52 est préférentiellement métallique, par exemple en cuivre, en aluminium ou en acier. Etant donnée la configuration du conduit 50, il est techniquement aisé de modifier ledit conduit en remplaçant la membrane 52 par une membrane formée d'un autre matériau. Le son généré par ledit conduit peut donc être modifié par une manipulation simple. La membrane 52 a une périphérie préférentiellement ronde ou ovale. Cependant, ladite périphérie peut avoir une forme quelconque. Le caisson 51 est relié à un premier tuyau 53, disposé selon un axe 54 sensiblement perpendiculaire à la membrane 52. Le tuyau 53 est destiné à être relié à une arrivée de gaz d'échappement, de manière à ce que lesdits gaz frappent la membrane 52 pour la faire vibrer. Comme indiqué dans la description de la figure 1, l'angle entre l'axe 54 et la membrane 52 est préférentiellement proche d'un angle droit mais peut varier entre 45°et 135°. Préférentiellement, le tuyau 53 a une section présentant une surface de 5 taille comparable à la surface de la membrane. Le caisson 51 est relié à un second tuyau 55, disposé selon un axe 56 sensiblement parallèle à la membrane 52. Le tuyau 55 est destiné à être relié à une sortie de gaz vers l'atmosphère, afin d'évacuer lesdits gaz. De même que la membrane 52, le caisson 51 et les tuyaux (53, 55) sont 10 préférentiellement métalliques. Les extrémités (57, 58) des tuyaux (53, 55) qui ne sont pas assemblées au caisson 51 peuvent être raccordées à un système d'échappement d'un véhicule, par exemple par soudage. Le conduit 50 peut notamment être ajouté à un système d'échappement existant, pour former une dérivation 15 permettant de modifier le son du véhicule. Une valve à dépression d'air ou un moyen équivalent peut être installé dans le premier tuyau 53, comme décrit dans l'exemple de la figure 1. Le conduit 50 peut également entrer dans la conception d'un nouveau système d'échappement de véhicule. Dans ce cas, il est possible d'installer 20 le conduit 50 sur une trajectoire principale des gaz d'échappement, sans former de dérivation. Cette disposition est difficile à appliquer à des véhicules exigeants en termes de puissance, car elle impose la présence d'un coude dans le circuit de gaz d'échappement. Il est possible de donner à l'angle a' entre les axes (54, 56) une valeur plus proche de 135° que de 90°, afin de 25 faciliter le déplacement des gaz dans le conduit 50. REVENDICATIONS. 1. Système (10) d'échappement pour évacuer des gaz de combustion d'un moteur vers l'extérieur d'un véhicule, ledit système comportant un circuit (11) pour la circulation desdits gaz de combustion, ledit circuit comprenant : - une entrée (12) pourvue de moyens (13) de raccordement audit moteur, - une sortie (14) pour évacuer des gaz dans l'atmosphère, ledit système étant caractérisé en ce que le circuit comporte en outre un conduit (17, 50) coudé, tel qu'un premier axe (21, 54) de déplacement des gaz en amont du coude forme un angle (a) avec un second axe (23, 56) de déplacement des gaz en aval dudit coude, ledit coude étant équipé d'une membrane (25, 52) vibrante sensiblement plane, ledit plan étant sensiblement parallèle au second axe (23, 56) et formant un angle (a) avec le premier axe (21, 54), ledit angle (a) étant compris entre 45°et 135°. 2. Système selon la revendication 1, tel que l'angle (a) est compris entre 60° et 120°. 3. Système selon la revendication 1 ou la revendication 2, tel que la membrane (25, 52) est formée d'une feuille métallique. 4. Système selon la revendication 3, tel que le métal est choisi parmi le cuivre, l'aluminium, l'acier inoxydable. 5. Système selon l'une des revendications précédentes, tel qu'en aval (26) de la membrane, une section du conduit coudé varie selon le second axe (23) de déplacement des gaz. 30 6. Système selon l'une des revendications précédentes, tel que le circuit (11) pour la circulation des gaz de combustion comprend en outre au moins un silencieux (16), le conduit coudé étant monté en parallèle dudit silencieux entre l'entrée et la sortie.25 7. Système selon la revendication 6, tel que le circuit comprend en outre un moyen (28) de modulation du débit de gaz dans le conduit coudé. 8. Système selon la revendication 7, tel que le moyen de modulation est une 5 valve à dépression d'air. 9. Véhicule à moteur à combustion, équipé d'un système d'échappement selon l'une des revendications précédentes. 10 10. Conduit (50) équipé de moyens (57, 58) de raccordement à un système d'échappement pour évacuer des gaz de combustion d'un moteur vers l'extérieur d'un véhicule, ledit conduit comprenant deux parties formant un coude, un premier axe (54) d'une première partie formant un angle (a') avec un second axe (56) d'une seconde partie, 15 la seconde partie étant équipée d'une membrane (52) vibrante sensiblement plane, ledit plan étant sensiblement parallèle au second axe (56) et formant un angle (a') avec le premier axe (54), ledit angle (a') étant compris entre 45° et 135°