FR2947301A1 - Collecteur de gaz d'echappement pour moteur a combustion interne suralimente - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un collecteur d'échappement (26) pour moteur à combustion interne (10) suralimenté comportant une culasse (16) comprenant des tubulures d'échappement (18), ledit collecteur comportant un corps (40) avec des pipes d'échappement (42) raccordées auxdites tubulures et un orifice de sortie de gaz d'échappement (34) Selon l'invention, une partie du corps du collecteur comprend un tronçon (50) de résistance mécanique plus élevée que le reste dudit corps pour le montage d'au moins un turbocompresseur (12, 86).

Description

La présente invention se rapporte à un collecteur de gaz d'échappement de moteur à combustion interne.

Elle concerne plus particulièrement les moteurs suralimentés pour lesquels le dispositif de suralimentation est porté par ce collecteur d'échappement.

Comme cela est déjà connu, notamment par le document FR 2 644 207, le collecteur d'échappement est réalisé en tôle, généralement en tôle d'acier, 10 selon une parois en deux demi coquilles séparées par une lame d'air.

Ceci permet d'obtenir une faible inertie thermique de la paroi en tôle qui est en contact avec les gaz d'échappement et de l'isoler thermiquement par rapport à l'autre paroi de par la présence de la lame d'air entre ces deux parois. 15 Par cette disposition, les gaz d'échappement ne sont que légèrement refroidis par la paroi du collecteur d'échappement et conservent une température élevée. Ces gaz, à température élevée, sont ensuite utilisés avec des dispositifs de dépollution de gaz d'échappement habituellement prévus à la 20 sortie du collecteur et qui ne sont actifs qu'avec des températures élevées de gaz d'échappement.

Un tel type de collecteur en tôle présente des inconvénients non négligeables lorsqu'il est utilisé avec un moteur à combustion interne pour 25 lequel une suralimentation de l'air d'admission est réalisée avant son introduction dans le moteur.

Cette suralimentation est produite par tout dispositif de compression et notamment par un turbocompresseur avec un étage de compression 30 (compresseur) contrôlé en rotation par un étage de détente (turbine) balayé par les gaz d'échappement.

De façon à bénéficier du maximum d'énergie provenant de ces gaz d'échappement, ce turbocompresseur est généralement monté sur une semelle placée à la sortie du collecteur en y étant fixé. Un tel montage du turbocompresseur présente un inconvénient majeur, car ce turbocompresseur est une pièce massive lourde soumise en plus à des vibrations provenant de la rotation de la turbine et/ou du compresseur. Pour cela, son montage doit être suffisamment rigide pour résister aux vibrations et ne doit pas entraîner un fléchissement du collecteur, qui a une faible raideur, sous le poids de ce turbocompresseur.

Le montage du turbocompresseur est donc généralement renforcé par des éléments annexes sur le bloc-cylindres, tels que des béquilles reliant le carter du turbocompresseur au bloc-cylindres. Ceci entraîne donc un montage du turbocompresseur qui est complexe, difficile et d'un coût non négligeable compte tenu de la multiplicité des pièces 15 prévues pour ce montage. De plus, il est particulièrement difficile d'optimiser la conception du collecteur en terme d'inertie thermique et d'isolation thermique du fait de cette contrainte de résistance mécanique minimale appliquée à l'ensemble du collecteur. 20 La présente invention se propose de remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus grâce à un collecteur de conception simple qui permet de répondre à toutes les sollicitations thermiques et mécanique provenant du turbocompresseur. 25 Pour cela, l'invention concerne un collecteur d'échappement pour moteur à combustion interne suralimenté comportant une culasse comprenant des tubulures d'échappement, ledit collecteur comportant un corps avec des pipes d'échappement raccordées auxdites tubulures et un orifice de sortie de gaz 30 d'échappement, caractérisé en ce qu'une partie du corps du collecteur comprend un tronçon de résistance mécanique plus élevée que le reste dudit corps pour le montage d'au moins un turbocompresseur.

Avantageusement, le tronçon peut comprendre au moins une pipe d'échappement.

Le tronçon peut comprendre au moins un orifice de sortie de gaz d'échappement.

Le reste du corps du collecteur peut comporter au moins une portion de corps avec une paroi comprenant un matériau à faible inertie thermique ainsi qu'à forte isolation thermique et relié audit tronçon.

Préférentiellement, la paroi peut être une paroi à double tôle séparée par une lame isolante.

De manière avantageuse, la paroi peut comprendre une double tôle à base d'acier.

Le tronçon peut comporter une cavité collectrice recevant les gaz d'échappement d'au moins une portion de corps du collecteur et d'au moins une 20 pipe d'échappement.

Le tronçon peut comporter une matière à base de fonte.

Le tronçon et au moins une partie du carter du turbocompresseur peuvent 25 former un ensemble monobloc.

La partie de carter peut être rapportée de manière inamovible sur le tronçon pour former un ensemble monobloc.

30 Les autres caractéristiques et avantages de l'invention vont apparaître maintenant à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre uniquement illustratif et non limitatif, et à laquelle sont annexées : - la figure 1 qui est une vue frontale schématique montrant un collecteur d'échappement portant un turbocompresseur et fixé sur la culasse d'un moteur à combustion interne à quatre cylindres en ligne, - la figure 2 est une vue en coupe schématique selon la ligne AA de la figure 1 et - la figure 3 est une vue en perspective montrant une variante de la figure 1 pour un moteur à combustion interne à six cylindres en ligne avec une double suralimentation.

10 Les figures 1 et 2 illustrent un moteur à combustion interne suralimenté 10 avec un turbocompresseur 12.

Le moteur comprend un bloc-cylindres 14 sur lequel est placée une culasse 16 comportant au moins deux tubulures d'échappement 18, ici quatre, 15 dans lesquelles circulent les gaz d'échappement provenant des chambres de combustion (non représentées) de ce moteur. Ces gaz d'échappement circulent entre une entrée 20 communiquant avec les chambres de combustion et une sortie 22 qui débouche sur une face latérale d'échappement 24 sur laquelle est placé de manière fixe un collecteur d'échappement 26. 20 De manière connue en soi, le turbocompresseur comprend un carter 28 qui loge une turbine (non représentée) entraînant un compresseur (non représenté) par un arbre, ce carter étant fermé par un couvercle de carter (également non représenté). La turbine est balayée par les gaz d'échappement 25 provenant d'une ouverture d'entrée de gaz d'échappement 30 prévue sur une face de liaison 32 du carter 28 en regard du collecteur 26. Cette ouverture est prévue pour communiquer avec l'orifice de sortie 34 du collecteur débouchant sur la face de montage 36 de ce collecteur. Préférentiellement comme montré sur les figures 1 et 2, le 30 turbocompresseur 12 est situé en dessous du collecteur 26 en étant fixé à celui- ci par tous moyens connus, comme par des vis 38, et d'une façon telle que l'ouverture 30 et l'orifice 34 soient concordants entre eux et de préférence coaxiales.

Le collecteur comprend un corps 40 comportant des pipes 42 dont les entrées 44 sont en concordance avec les sorties 22 des tubulures 18 et dont les débouchés 46 aboutissent à un compartiment de collecte de gaz 48 comprenant l'orifice 34. Comme visible sur la figure 1, le corps de ce collecteur comprend une partie avec un tronçon 50 pour le montage d'au moins un turbocompresseur et qui est de résistance mécanique plus élevée que le reste du corps. Par montage, il est entendu non seulement le support du turbocompresseur mais également sa fixation. Avantageusement, ce tronçon est réalisé à partir d'un matériau résistant mécaniquement et également à forte inertie thermique, comme de la fonte, alors que le reste du corps est élaboré à partir d'un matériau à faible inertie thermique, comme de la tôle et de préférence de la tôle d'acier.

Ce tronçon 50 comprend une cavité collectrice 52 qui est raccordée au débouché 46 d'au moins une pipe de collecteur 42 et à l'orifice de sortie de gaz 34 pour le turbocompresseur 12. Ce tronçon comprend la face de montage 36 pour le carter 28 du turbocompresseur et également une surface d'appui 54 pour le montage sur la face d'échappement 24 de culasse avec des moyens de fixation classique 55, comme des vis.

La cavité est également en communication avec le reste du corps de collecteur, et plus précisément fait partie du compartiment de collecte de gaz 48. Ce reste du corps est, dans l'exemple décrit, sous la forme de deux portions distinctes 56 et 58 disposées de part et d'autre de ce tronçon en étant ouvertes à l'une de leurs extrémités 60, 62.

Ainsi, ces portions fermées à l'autre de leurs extrémités 64, 66 sont réalisées sous la forme de deux demi coquilles 68. Ces deux demi coquilles sont reliées entre elles par tous moyens de liaison étanche, comme par un brasage, le long d'un rebord de 70. De manière avantageuse, la paroi de chaque demi coquilles est constituée de deux tôles à distance l'une de l'autre. Une première tôle mince 72, qui est en contact avec les gaz d'échappement, est placée à distance d'une autre tôle épaisse 74 en laissant subsister une lame d'air 76 entre les deux tôles. Ainsi la tôle mince, qui est de faible inertie thermique, chauffe rapidement sous l'effet de la température des gaz d'échappement et permet ainsi de ne refroidir que légèrement ces gaz. De plus, la présence de la lame d'air entre les deux tôles permet d'isoler thermiquement cette tôle mince pour qu'elle conserve sa température.

Ces portions ainsi constituées comprennent également une ou plusieurs pipes d'échappement 42 (ici une pipe pour la portion 56 et deux pipes pour la portion 58) en communication avec les sorties 22 des tubulures d'échappement pour admettre gaz d'échappement à l'intérieur de ces portions. Les extrémités ouvertes 60, 62 des portions sont reliées de manière fixe et à étanchéité avec le tronçon 50, notamment par soudage ou brasage. Ces extrémités communiquent avec la cavité 52 au travers d'alésages 78 ,80 portés par le tronçon en regard de ces extrémités ouvertes.

Par cela, le compartiment de collecte 48 comprend la cavité 52 et le volume intérieur de ces deux portions de corps 56 et 58.

Bien entendu, les tronçons comprennent des moyens de fixation sur la face de la culasse, comme une patte 82 au travers de laquelle est placée une vis 84 coopérant avec un alésage fileté prévu sur cette face.

Le tronçon reçoit donc les gaz d'échappement par la pipe 42 avec laquelle il est en communication et par les alésages 78 et 80 qui sont en liaison avec les portions 56 et 58. Ces gaz sont ensuite dirigés vers l'ouverture 30 du carter de turbocompresseur au travers de l'orifice 34.

De ce fait, le collecteur d'échappement est formé d'un corps avec un tronçon fixé à étanchéité sur la culasse et supportant à lui seul le turbocompresseur et avec deux portions également fixées à étanchéité sur cette culasse tout en étant reliées de manière étanche à ce tronçon. Grâce à cela, le turbocompresseur est supporté par une pièce massive montée directement sur la culasse et qui est résistante thermiquement et mécaniquement. En outre, les gaz introduits dans le turbocompresseur subissent peu de 10 refroidissement compte tenu de la constitution de la paroi à double tôle des tronçons.

II peut être envisagé, et cela sans sortir du cadre de l'invention, que le tronçon et au moins une partie du carter du turbocompresseur soient conformés 15 en une pièce monobloc avant le montage sur la culasse. Cela peut être réalisé par le moulage simultané de ce tronçon et de cette partie de carter lors des opérations de fonderie. II peut être également prévu de réaliser cette pièce monobloc en reliant le tronçon avec la partie du carter par une liaison inamovible, comme par 20 soudage. Ceci a pour avantage de pouvoir utiliser un matériau du tronçon qui soit différent de celui de la partie de carter.

La variante de la figure 3 illustre une configuration selon laquelle la culasse comporte six tubulures d'échappement et le collecteur 26 supporte un 25 autre turbocompresseur 86 pour le fonctionnement du moteur avec une double suralimentation séquentielle en série. Ce collecteur comprend donc un corps 40 comprenant les deux portions 56, 58, ici avec une paroi à double tôles, qui sont chacune en communication avec deux tubulures d'échappement par l'intermédiaire des pipes 30 d'échappement 42 et un tronçon 50 pour le montage des deux turbocompresseurs et qui est également en communication avec deux tubulures d'échappement par les pipes d'échappement 42.

Comme déjà décrit, ce tronçon comprend une cavité collectrice en relation avec les deux pipes d'échappement et les alésages 78, 80 qui sont en communication avec les extrémités ouvertes des deux portions.

Ce tronçon comprend également deux faces de montage 36 et 36', de préférence en vis à vis et sensiblement orthogonales à la face latérale d'échappement de la culasse, pour le montage de deux turbocompresseurs 12 et 86. L'une 36 des faces est située en partie basse du collecteur pour le montage du turbocompresseur 12, et présente deux orifices (non représentés) dont l'un communique avec la cavité collectrice et avec l'ouverture d'entrée de gaz du turbocompresseur. L'autre 36' des faces est située en partie haute du tronçon pour le montage de l'autre turbocompresseur et présente également deux orifices 88 dont l'un communique aussi avec la cavité collectrice de ce tronçon et avec l'ouverture d'entrée de gaz du turbocompresseur 86.

Comme cela est largement connu, une double suralimentation séquentielle en série pour un moteur à combustion interne se réalise selon plusieurs conditions de fonctionnement. Pour certaines conditions de fonctionnement, il est nécessaire que les gaz d'échappement traversent les turbines des deux turbocompresseurs 12, 86. Dans d'autres conditions de fonctionnement, les gaz d'échappement doivent court-circuiter l'un de ces turbocompresseurs, dit haute pression, pour ne traverser que le second, dit basse pression. Pour ce faire, un volet de court circuit (non représenté) obture le passage direct des gaz d'échappement vers la turbine de détente du turbocompresseur basse pression, contraignant ces gaz à passer au travers de la turbine de détente du turbocompresseur haute pression avant d'être dirigés vers la turbine de détente du turbocompresseur basse pression.

Cette configuration offre l'avantage de pouvoir faire supporter par le seul tronçon du collecteur deux turbocompresseurs qui représentent une masse conséquente sans pour cela entraîner une déformation quelconque de ce collecteur. De plus, le tronçon permet de rendre encore plus compacte le dispositif de suralimentation à deux turbocompresseurs grâce à l'intégration de différents organes de commande, comme le volet de court circuit.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS, 1) Collecteur d'échappement (26) pour moteur à combustion interne (10) suralimenté comportant une culasse (16) comprenant des tubulures d'échappement (18), ledit collecteur comportant un corps (40) avec des pipes d'échappement (42) raccordées auxdites tubulures et un orifice de sortie de gaz d'échappement (34), caractérisé en ce qu'une partie du corps du collecteur comprend un tronçon (50) de résistance mécanique plus élevée que le reste dudit corps pour le montage d'au moins un turbocompresseur (12, 86).
2. 2) Collecteur d'échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tronçon comprend au moins une pipe d'échappement (42).
3. 3) Collecteur d'échappement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en 15 ce que le tronçon (50) comprend au moins un orifice de sortie de gaz d'échappement (34, 88).
4. 4) Collecteur d'échappement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le reste du corps du collecteur comporte au moins une 20 portion de corps (56, 58) avec une paroi comprenant un matériau à faible inertie thermique ainsi qu'à forte isolation thermique et relié audit tronçon.
5. 5) Collecteur d'échappement selon la revendication 4, caractérisé en ce que la paroi est une paroi à double tôle (72, 74) séparée par une lame isolante.
6. 6) Collecteur d'échappement selon la revendication 5, caractérisé en ce que la paroi comprend une double tôle à base d'acier.
7. 7) Collecteur d'échappement selon l'une des revendications précédentes, 30 caractérisé en ce que le tronçon (50) comporte une cavité collectrice (52) recevant les gaz d'échappement d'au moins une portion de corps (56, 58) du collecteur et d'au moins une pipe d'échappement (42). 25
8. 8) Collecteur d'échappement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tronçon (50) comporte une matière à base de fonte.
9. 9) Collecteur d'échappement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tronçon (50) et au moins une partie du carter (28) du turbocompresseur forme un ensemble monobloc.
10. 10) Collecteur d'échappement selon la revendications 9, caractérisé en ce 10 que ladite partie de carter est rapportée de manière inamovible sur le tronçon (50) pour former un ensemble monobloc.