EP3827161A1 - Dispositif d'isolation thermique a l'echappement de moteur thermique - Google Patents

Dispositif d'isolation thermique a l'echappement de moteur thermique

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Publication number
EP3827161A1
EP3827161A1 EP19742210.8A EP19742210A EP3827161A1 EP 3827161 A1 EP3827161 A1 EP 3827161A1 EP 19742210 A EP19742210 A EP 19742210A EP 3827161 A1 EP3827161 A1 EP 3827161A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
exhaust
manifold
wall
chamber
shell
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19742210.8A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Eric Dumas
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renault SAS
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Renault SAS
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renault SAS, Nissan Motor Co Ltd filed Critical Renault SAS
Publication of EP3827161A1 publication Critical patent/EP3827161A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features
    • F01N13/001—Exhaust gas flow channels or chambers being at least partly formed in the structural parts of the engine or machine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features
    • F01N13/08—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits
    • F01N13/10—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits of exhaust manifolds
    • F01N13/102—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits of exhaust manifolds having thermal insulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features
    • F01N13/14—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features having thermal insulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N2310/00—Selection of sound absorbing or insulating material
    • F01N2310/02—Mineral wool, e.g. glass wool, rock wool, asbestos or the like

Definitions

  • the present invention relates to a heat engine or internal combustion of a motor vehicle.
  • the present invention relates more particularly to an exhaust circuit of a heat engine.
  • the present invention relates more particularly to a collector device
  • a motor vehicle powertrain can
  • the pollution control device is in a list comprising for example a catalytic converter, a particulate filter, a nitrogen oxide trap.
  • Pollutant emissions from combustion engines fitted to motor vehicles are regulated by increasingly stringent standards.
  • the pollutants for which the emission thresholds are regulated are, depending on the combustion engine technology considered, carbon monoxide (CO), unburnt hydrocarbons (HC), nitrogen oxides (NOx), and particles.
  • CO carbon monoxide
  • HC unburnt hydrocarbons
  • NOx nitrogen oxides
  • an oxidation catalyst allows the treatment of carbon monoxide, unburnt hydrocarbons, and under certain conditions nitrogen oxides; a particulate filter can be used to treat soot particles.
  • the multi-cylinder internal combustion engine of the motor vehicle thus comprises a cylinder head of said engine in which exhaust ducts are arranged, each of said ducts has a first end connected to a combustion chamber and a second end opening into a cavity or plenum a exhaust manifold fixed to the cylinder head, said manifold has an outlet duct connected externally to a device for cleaning up exhaust gases from an exhaust line of the vehicle.
  • the exhaust devices include conduits
  • the manifold comprises at least one outlet duct which is connected to an exhaust line from the vehicle to the tomobile.
  • One of the points influencing the temperature of the gases at the level of the pollution control devices is the distance between the combustion chamber and said devices. Indeed, the remoteness of these depollution devices from the engine combustion chambers delays their rise in temperature, especially during the first minutes of engine operation, and reduces their efficiency even though it is during these first minutes of operation of the engine that the greatest amount of pollutants is emitted.
  • Cooling the collector lowers the yield engine thermal. In addition, said cooling also considerably reduces the benefits of bringing the manifold and the combustion chambers closer together. Indeed, the cooling of the collector then no longer allows the rapid rise in temperature of the gases suitable for improving the efficiency of the depollution device.
  • document FR2902827-A1 proposes a device comprising a manifold fixed to the cylinder head of the engine and provided with thermal decoupling means relative to said cylinder head.
  • the manifold comprises a part integrated in the cylinder head, said part is in contact with the cylinder head at different fixing points.
  • the insulation is formed by an air knife.
  • the attachment of the manifold to the cylinder head is formed by mechanical connections between the manifold and the other parts. These mechanical connections under the effect of the heat of the burnt gases expand, dragging thermal cycling and mechanical stresses.
  • the object of the invention is to remedy these problems and one of the objects of the invention is a device for circulating the exhaust gases of a heat engine of a motor vehicle comprising an exhaust manifold fixed to a engine cylinder head, said manifold being partially integrated into the cylinder head, the cavity into which the exhaust pipes of the cylinder head or plenum open out being delimited by a wall hollowed out in the cylinder head and by a wall of the manifold.
  • Said collector also includes an outlet conduit connected to the pollution control device.
  • the walls delimiting the plenum are heat-insulating walls to preserve the temperature of the gases on the way.
  • the present invention relates more particularly to a device for circulating the exhaust gases of a heat engine of a motor vehicle comprising an exhaust manifold comprising at least one outlet duct and fixed to a cylinder head of the engine in which are hollowed out exhaust ducts, each of the ducts connecting at one end a combustion chamber and opening at the other end into an exhaust gas chamber, said chamber being covered by a wall of the manifold, characterized in that the walls of the room are insulated
  • the walls of the exhaust gas chamber forming a plenum, into which opens each exhaust duct hollowed out in the cylinder head, are insulated to avoid any heat loss from the gases and make it possible to obtain exhaust gases at their highest possible temperature according to the engine operating regimes when they enter a pollution control system.
  • the pollution control device can have optimal efficiency.
  • manifold walls will be less affected by the temperature of the gases and therefore the expansions of said collector are contained.
  • each cylinder head exhaust duct is insulated in order to avoid any heating of the outlet of each cylinder head exhaust duct which can cause the manifold to heat.
  • the upstream end of the manifold outlet duct is insulated.
  • the upstream end of the manifold outlet conduit is insulated to prevent overheating of the manifold wall surrounding the exhaust chamber and reduce the differential expansion of the manifold relative to the cylinder head.
  • the inner wall of the exhaust chamber is covered by a thermal insulation envelope.
  • the exhaust chamber or plenum is delimited by a thermal insulation envelope, which thermal envelope covers the entire exhaust chamber.
  • the thermal envelope is therefore contained inside a chamber formed by a wall of the cylinder head and of the exhaust manifold.
  • the thermal envelope isolates the exhaust manifold from the burnt gases and allows a reduction in the rise in temperature of said collector and therefore in its expansion.
  • the insulation envelope comprises an upstream half-shell attached to a wall of an exhaust cavity of the cylinder head from which each of the exhaust ducts opens.
  • the insulation envelope comprises an upstream half-shell according to the direction of flow of the gases, attached to a wall for fixing the cylinder head from which the exhaust ducts open.
  • Said half-shell has shapes substantially complementary to the shapes of the cylinder head exhaust wall, said exhaust wall is for example obtained by digging from the cylinder head fixing wall to form a cavity to increase the volume of the exhaust chamber or to optimally reduce the size of the exhaust manifold and to be able to bring a pollution control device closer to the combustion chambers of the engine.
  • the upstream half-shell comprises a sleeve by exhaust pipe, each of the sleeves being pressed into the downstream end of the exhaust pipe.
  • the upstream half-shell includes sleeves, at least one sleeve per exhaust pipe of the cylinder head which is pressed into the downstream end of said exhaust pipe, which allows on the one hand a maintenance of said half-shell by the cylinder head and on the other hand optimal insulation of the walls forming the exhaust chamber or plenum in order to reduce the temperatures of the wall for fixing the cylinder head and of the manifold fixed to the cylinder head by said wall, in order to reduce the differential expansions of the cylinder head and the manifold.
  • the envelope includes a downstream half-shell attached to the wall of the manifold
  • the thermal insulation envelope comprises a downstream half-shell attached to the wall of the exhaust manifold, said half-shell being intended for contact with the exhaust gases to reduce on the one hand heating of the manifold wall and secondly the drop in gas temperatures
  • the downstream half-shell comprises at least one outlet sleeve pressed into the
  • the downstream half-shell comprises at least one outlet sleeve which is pressed into the at least one manifold outlet conduit leading to an engine depollution device.
  • Said outlet sleeve allows mechanical retention of the half-shell in the exhaust manifold.
  • the manifold outlet conduit includes a stop for receiving a free end of the at least one outlet sleeve.
  • G at least one manifold outlet conduit includes a stop capable of receiving a free end of the at least one outlet sleeve to ensure optimal positioning of the half-shell in the wall of the manifold.
  • the upstream half-shell and the downstream half-shell are made from the same material and / or from the same part forming the insulation envelope.
  • the upstream half-shell and the downstream half-shell are made from the same material and / or from the same part forming the insulation envelope to facilitate obtaining the half-shells and to facilitate the installation of the insulation envelope between the cylinder head and the exhaust manifold.
  • the insulation envelope is fixed to the collector.
  • the envelope is fixed integral with the collector using for example a strap which surrounds the upstream half-shell to press it against the downstream half-shell in order to maintain the insulation envelope formed by the two half-shells against the wall of the collector with G at least one outlet sleeve pressed into the at least one outlet duct of the collector.
  • the insulation envelope is then securely attached to the manifold to facilitate positioning of the assembly against the cylinder head mounting wall.
  • the insulation envelope comprises a layer of mineral insulation covered with a thin metal wall.
  • the insulation envelope comprises a layer of mineral insulation covered by a thin wall to ensure that the structure of the insulation envelope is kept.
  • the thin wall is rigid enough to keep the shape of the envelope, the layer of mineral insulation can then deform to match the wall of the exhaust chamber, namely the wall of the cylinder head and the wall of the manifold .
  • the thin metal wall is intended for contact with the exhaust gases.
  • the thin metal wall is intended for contact with the exhaust gases, which makes it possible to preserve the shape of the chamber containing the exhaust gases during engine operation and to preserve a layer of isolation from any degradation.
  • the insulating layer is pressed against the inner wall of the exhaust chamber.
  • the layer of mineral insulation is pressed against the wall of the exhaust chamber, in particular against the walls of the cylinder head exhaust cavity, from the downstream end of each duct d exhaust from the cylinder head, and from the upstream end of the manifold outlet conduit, to allow optimal thermal insulation of the exhaust gas flows as they pass through the exhaust manifold.
  • FIG. 1 is a schematic view of the exhaust face of a heat engine with positive pollution control devices.
  • FIG. 1 is a schematic view of the exhaust side of the engine with the exhaust manifold.
  • FIG. 1 is a schematic view in longitudinal section of the exhaust gas circulation device according to the invention.
  • FIG. 1 is a schematic view of the insulation envelope of the circulation device exhaust gas according to the invention.
  • upstream / downstream refer to the direction of circulation of the exhaust gases
  • a heat engine (not shown) comprises a cylinder head 10 disposed above a cylinder block (not shown).
  • cylinders are hollowed out along a substantially vertical axis and orthogonal to a junction plane 11 of the cylinder head on the cylinder block.
  • exhaust ducts 12 connecting combustion chambers, each of said chambers is delimited by one of the cylinders, by the connection plane or by a substantially conical roof hollowed out in the cylinder head from the connection plane and facing the cylinder, and by a piston (not shown) movable in sliding along the axis of said cylinder, in a reciprocating movement.
  • Each of the exhaust conduits is capable of directing burnt or exhaust gases to an exhaust manifold 14 fixed to the cylinder head against a fixing wall 17 facing the side of a so-called exhaust face 13 of the cylinder head 10
  • Each of the exhaust ducts opens from the cylinder head through the fixing wall 15 into an exhaust chamber or plenum, delimited downstream in the direction of circulation of the exhaust gases by a wall of the exhaust manifold 14.
  • the burnt gases generated by combustion in the combustion chamber are therefore directed via the exhaust duct to pass through the exhaust manifold 14 and reach a turbine stage 15 and a pollution control device 16 as shown in the Figure 1 defining the direction of circulation of the exhaust gases.
  • the gas circulation is represented by the arrows 34 in FIGS. 3 and 4.
  • the invention relates to a device 100 for circulating exhaust gases from the combustion chamber to a pollution control device.
  • Said device 100 comprises the exhaust ducts 12 hollowed out in the cylinder head, the plenum and the exhaust manifold 14 with the outlet duct connected with the depollution device.
  • the fixing wall 17 is hollowed out to form an exhaust cavity 18 of the cylinder head 10, said cavity 18 is covered by the manifold 14, as shown in FIG. 4.
  • the manifold 14 covers said exhaust cavity to form an exhaust chamber 40 of the gases or plenum of the exhaust gases.
  • the walls of the exhaust chamber 40 are insulated, in fact the walls 19 of said chamber is covered by a thermal insulation envelope 20. Said walls of the chamber are formed by the wall 33 of the cavity
  • Said insulating envelope 20 is formed by a first upstream half-shell 21 which is attached to the wall of the exhaust cavity 18 of the cylinder head 10 and a second downstream half-shell 22 which is pressed against the wall 32 of the exhaust manifold 14 inside said manifold.
  • Said envelope allows thermal insulation from inside the chamber
  • exhaust 40 in order to maintain the temperature of the gases and to avoid thermal losses which improves the efficiency of the downstream pollution control device, and to preserve the walls of the exhaust chamber 40, in particular the wall 19 of the exhaust cavity 18 and of the manifold 14, increases in high temperatures likely to cause differential expansions and stresses in the fasteners of the manifold with the cylinder head.
  • the first and second half-shells 21, 22 are formed from the same materials, by a layer of mineral insulator 23 of MAT type of mineral fiber on which a thin metal wall 24 is affixed.
  • Said thin metal wall 24 faces the interior of the chamber and is intended for contact with the exhaust gases.
  • the metal layer ensures an optimal shape to direct the exhaust gases to the outlet duct.
  • the insulating layer can be compressed and the thickness of the metallic thin layer does not have a significant impact on the overall volume of the exhaust chamber, which makes it possible to contain the bulk of the device 100 for circulating gases.
  • the mineral fiber can be based on calcium silicate to withstand the temperature levels of the exhaust gases.
  • the first upstream half-shell 21 includes inlet sleeves 25 of dimensions substantially complementary to those of the exhaust ducts 12, said inlet sleeves 25 are intended to be inserted into said exhaust ducts 12.
  • the upstream half-shell 21 has as many inlet sleeves 25 as the cylinder head has exhaust ducts 12 and more precisely outlets 12f of exhaust ducts 12 in the exhaust cavity 18.
  • each cylinder is connected to the exhaust cavity 18 by several, here two, initial conduits l2a, l2b which are then grouped into a single downstream end conduit l2c which opens into the exhaust cavity 18.
  • the rest of the description refers to a single exhaust duct 12 per cylinder. According to FIGS.
  • the outlet of the exhaust duct 12 in the wall of the exhaust cavity 18 has a flare 18e to receive the inlet sleeve 25.
  • the fitting of the inlet sleeve 25 in the exhaust duct 12 and in particular in the flared outlet 18e of said duct 12 allows mechanical maintenance of the upstream half-shell 21 in the exhaust cavity 18 and therefore in the cylinder head 10.
  • this arrangement allows optimal thermal insulation of the exhaust chamber 40 or plenum on the one hand to avoid in particular differential latencies of the cylinder head 10 and of the manifold 14 and on the other maintain the temperature of the exhaust gases when the manifold passes.
  • the second downstream half-shell 22 includes an outlet sleeve 27 of dimension substantially complementary to the outlet conduit 26 of the manifold 14.
  • the exhaust manifold 14 may however have several outlet ducts 26 and it is then possible to have as many outlet sleeves 27 as there are outlet ducts 26 from the manifold.
  • Said outlet sleeve 27 is intended to be pressed into said outlet conduit 26 of the manifold 14.
  • the fitting of said outlet sleeve 27 in the outlet conduit 26 allows optimal isolation of the wall of the manifold 14 and avoid strong increases in temperature of said manifold 14.
  • the outlet conduit 26 of the manifold 14 has a flare 28 intended to receive the outlet sleeve 27.
  • Said flare is preferably terminated by a stop 29 to receive a free end of the sleeve outlet 27 in order to ensure the positioning of the second half-shell 22 in the wall of the manifold 14.
  • Said stopper 29 may for example be a circular shoulder hollowed out in the wall 32 of the manifold 14.
  • the upstream end 26a of the outlet duct 26 of the collector is therefore insulated.
  • the first upstream half-shell 21 has an outer groove 30 which is
  • the groove 30 allows the winding of a strap to allow the fixing of the first half-shell 21 to the manifold 14.
  • the establishment of the two half-shells can include the following steps:
  • the circulation device 100 provides thermal insulation of the chamber

Landscapes

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Abstract

Dispositif (100) de circulation des gaz d'échappement d'un moteur thermique de véhicule automobile comprenant un collecteur d'échappement (14) comportant un conduit de sortie (26), et fixé à une culasse (10) du moteur dans laquelle sont creusés des conduits d'échappement (12), chacun desdits conduits reliant à une extrémité une chambre à combustion et débouchant à l'autre extrémité dans une chambre d'échappement (40) de gaz d'échappement, ladite chambre étant recouverte par une paroi du collecteur, caractérisé en ce que les parois de la chambre (40) sont calorifugées.

Description

Description
Titre de l'invention : DISPOSITIF D’ISOLATION THERMIQUE à
L’ECHAPPEMENT de MOTEUR THERMIQUE Domaine technique
[0001] La présente invention concerne un moteur thermique ou à combustion interne de véhicule automobile.
[0002] La présente invention concerne plus particulièrement un circuit d’échappement de moteur thermique.
[0003] La présente invention concerne plus particulièrement un dispositif de collecteur
d’échappement optimisé pour moteur thermique.
Technique antérieure
[0004] De manière connue, un groupe motopropulseur de véhicule automobile peut
comprendre un moteur thermique et un dispositif de dépollution des gaz
d’échappement générés par le fonctionnement dudit moteur. Le dispositif de dé pollution est dans une liste comprenant par exemple un pot catalytique, un filtre à particules, un piège à oxyde d’azote. En effet, les émissions polluantes des moteurs à combustion équipant les véhicules automobiles sont réglementées par des normes de plus en plus sévères. Les polluants dont les seuils d’émission sont réglementés sont, selon la technologie de moteur à combustion considérée, le monoxyde de carbone (CO), les hydrocarbures imbrûlés (HC), les oxydes d'azotes (NOx), et les particules. Il est connu d'employer un certain nombre de moyens de dépollution dans la ligne d'échappement des moteurs à combustion pour en limiter les émissions des polluants réglementés. Par exemple, un catalyseur d'oxydation permet le traitement du monoxyde de carbone, des hydrocarbures imbrûlés, et dans certaines conditions des oxydes d'azotes ; un filtre à particules peut être employé pour le traitement des particules de suie. On connaît également des moyens spécifiques au traitement des oxydes d'azote ou NOx, tels que les pièges à NOx ou les catalyseurs dits SCR pour « Sélective Catalytic Réduction ». Cette dernière technologie consiste à réduire les NOx par introduction d'un agent réducteur dans les gaz d'échappement. L'agent réducteur généré permet de réduire les oxydes d'azotes par réaction dans un catalyseur SCR, c'est-à-dire un substrat portant une imprégnation catalytique apte à favoriser la réduction des NO x par l'agent réducteur.
[0005] Le moteur à combustion interne multicylindre du véhicule automobile comporte ainsi une culasse dudit moteur dans laquelle sont agencés des conduits d'échappement chacun desdits conduits présente une première extrémité reliée à une chambre de combustion et une seconde extrémité débouchant dans une cavité ou plénum d'un collecteur d'échappement fixé à la culasse, ledit collecteur présente un conduit de sortie relié extérieurement à un dispositif de dépollution des gaz d'échappement d'une ligne d'échappement du véhicule.
[0006] 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 desdits conduits d'échappement. Le collecteur comporte au moins un conduit de sortie qui est relié à une ligne d'échappement du véhicule au tomobile.
[0007] 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 en aval du collecteur d’échappement selon le sens de circulation des gaz des dispositifs de dépollution, notamment des catalyseurs, qui permettent de convertir les produits polluants présents dans les gaz de combustion, notamment les hydrocarbures imbrûlés HC et les oxydes d'azote NOx.
[0008] Or, l'efficacité des dispositifs de dépollution est fortement tributaire de la température desdits gaz.
[0009] Un des points influents sur la température des gaz au niveau des dispositifs de dé pollution est la distance entre la chambre de combustion et lesdits dispositifs. En effet, l'éloignement de ces dispositifs de dépollution des chambres de combustion du moteur retarde leur montée en température notamment pendant les premières minutes de fonc tionnement du moteur, et réduit leur efficacité alors même que c'est pendant ces premières minutes de fonctionnement du moteur que la plus grande quantité de polluants est émise.
[0010] Cet inconvénient est surmonté par la réalisation d’un collecteur d'échappement qui est partiellement ou totalement intégré à la culasse du moteur, pour réduire sen siblement la distance entre les chambres de combustion et les dispositifs de dé pollution.
[0011] Le document FR2738289 décrit notamment un collecteur d’échappement de ce type.
Les conduits d'échappement de la culasse débouchent dans une cavité ou plénum, formée pour moitié dans la culasse et pour moitié dans le collecteur.
[0012] Cependant, le collecteur accolé à la culasse est soumis à des contraintes de tem
pératures élevées et se trouve donc, comme le matériau de la culasse, sujet à une im portante 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 s’il n'est pas pourvu de cavités de refroidissement reliées à un circuit de circulation de liquide de refroidissement de la culasse.
[0013] Toutefois, le refroidissement du collecteur pénalise fortement le rendement du
moteur. Le refroidissement du collecteur entraîne l’abaissement du rendement thermique du moteur. De plus, ledit refroidissement réduit aussi considérablement les bénéfices du rapprochement du collecteur et des chambres de combustion. En effet, le refroidissement du collecteur ne permet alors plus la montée rapide en température des gaz propre à améliorer l'efficacité du dispositif de dépollution.
[0014] Pour remédier à cet inconvénient, le document FR2902827-A1 propose un dispositif comportant un collecteur fixé à la culasse du moteur et muni de moyens de découplage thermique par rapport à ladite culasse. Selon ce document, le collecteur comporte une partie intégrée dans la culasse, ladite partie est en contact avec la culasse en différents points de fixation. L’isolation est formée par une lame d’air. La fixation du collecteur à la culasse est formée par des liaisons mécaniques entre le collecteur et les autres pièces. Ces liaisons mécaniques sous l’effet de la chaleur des gaz brûlés se dilatent en traînant des cyclages thermiques et des contraintes mécaniques.
[0015] Le but de l’invention est de remédier à ces problèmes et un des objets de l’invention est un dispositif de circulation des gaz d’échappement d’un moteur thermique de véhicule automobile comprenant un collecteur d’échappement fixé à une culasse du moteur, ledit collecteur étant partiellement intégré à la culasse, la cavité dans laquelle débouchent les conduits d’échappement de la culasse ou plénum étant délimitée par une paroi creusée dans la culasse et par une paroi du collecteur. Ledit collecteur comporte aussi un conduit de sortie connecté au dispositif de dépollution. Les parois délimitant le plénum sont des parois calorifuges pour préserver la température des gaz au passage.
Exposé de l'invention
[0016] La présente invention concerne plus particulièrement un dispositif de circulation des gaz d’échappement d’un moteur thermique de véhicule automobile comprenant un collecteur d’échappement comportant au-moins un conduit de sortie et fixé à une culasse du moteur dans laquelle sont creusées des conduits d’échappement, chacun des conduits reliant à une extrémité une chambre à combustion et débouchant à l’autre extrémité dans une chambre de gaz d’échappement, ladite chambre étant recouverte par une paroi du collecteur, caractérisé en ce que les parois de la chambre sont calo- rifugées
[0017] De manière avantageuse, les parois de la chambre de gaz d’échappement formant un plénum, dans laquelle débouche chaque conduit d’échappement creusé dans la culasse, sont calorifugées pour éviter toute déperdition de chaleur des gaz et permettre d’obtenir des gaz d’échappement à leur plus haute température possible selon les régimes de fonctionnement du moteur à leur entrée dans un dispositif de dépollution.
[0018] Ainsi, le dispositif de dépollution pourra avoir une efficacité optimale.
[0019] De plus les parois du collecteur seront moins affectées par la température des gaz et donc les dilatations dudit collecteur sont contenues.
[0020] Selon d’autres caractéristiques de l’invention :
[0021] - l’extrémité aval de chacun des conduits d’échappement, dirigée vers la chambre d’échappement, est calorifugée.
[0022] De manière avantageuse, l’extrémité aval de chaque conduit d’échappement de la culasse est calorifugée afin d’éviter tout échauffement du débouché de chaque conduit d’échappement de la culasse qui peut entraîner un échauffement du collecteur.
[0023] - l’extrémité amont du conduit de sortie du collecteur est calorifugée.
[0024] De manière avantageuse, l’extrémité amont du conduit de sortie du collecteur, ladite extrémité étant tournée vers la chambre d’échappement, est calorifugée afin d’éviter un échauffement de la paroi du collecteur entourant la chambre d’échappement et de réduire la dilatation différentielle du collecteur par rapport à la culasse.
[0025] -la paroi intérieure de la chambre d’échappement est recouverte par une enveloppe d’isolation thermique.
[0026] De manière avantageuse, la chambre d’échappement ou plénum est délimitée par une enveloppe d’isolation thermique, laquelle enveloppe thermique recouvre la totalité de la chambre d’échappement. L’enveloppe thermique est donc contenue à l’intérieur d’une chambre formée par une paroi de la culasse et du collecteur d’échappement. Ainsi l’enveloppe thermique isole le collecteur d’échappement des gaz brûlés et permet une réduction de la montée en température dudit collecteur et donc de sa di latation.
[0027] -l’enveloppe d’isolation comprend une demi-coquille amont accolée à une paroi d’une cavité d’échappement de la culasse de laquelle débouche chacun des conduits d’échappement.
[0028] De manière avantageuse, l’enveloppe d’isolation comprend une demi-coquille amont selon le sens d’écoulement des gaz, accolée à une paroi de fixation de la culasse de laquelle débouchent les conduits d’échappement. Ladite demi-coquille présente des formes sensiblement complémentaires aux formes de la paroi d’échappement de la culasse, ladite paroi d’échappement est par exemple obtenue par un creusement depuis la paroi de fixation de la culasse pour former une cavité pour augmenter le volume de la chambre d’échappement ou de réduire de façon optimale l’encombrement du collecteur d’échappement et de pouvoir rapprocher un dispositif de dépollution des chambres à combustion du moteur.
[0029] -la demi-coquille amont comporte un manchon par conduit d’échappement, chacun des manchons étant enfoncé dans l’extrémité aval du conduit d’échappement.
[0030] De manière avantageuse, la demi-coquille amont comporte des manchons , au-moins un manchon par conduit d’échappement de la culasse qui est enfoncé dans l’extrémité aval dudit conduit d’échappement, ce qui permet d’une part un maintien de ladite demi-coquille par la culasse et d’autre part une isolation optimale des parois formant la chambre d’échappement ou plénum afin de réduire les températures de la paroi de fixation de la culasse et du collecteur fixé à la culasse par ladite paroi, afin de réduire les dilatations différentielles de la culasse et du collecteur.
[0031] -l’enveloppe comporte une demi-coquille aval accolée à la paroi du collecteur
d’échappement.
[0032] De manière avantageuse, l’enveloppe d’isolation thermique comporte une demi- coquille aval accolée à la paroi du collecteur d’échappement, ladite demi-coquille étant destinée au contact avec les gaz d’échappement pour réduire d’une part réchauffement de la paroi du collecteur et d’autre part les baisses de températures des gaz
d’échappement.
[0033] -la demi-coquille aval comporte au moins un manchon de sortie enfoncé dans le
conduit de sortie du collecteur d’échappement.
[0034] De manière avantageuse, la demi-coquille aval comporte au moins un manchon de sortie qui est enfoncé dans l’au-moins un conduit de sortie du collecteur menant à un dispositif de dépollution du moteur. Ledit manchon de sortie permet un maintien mécanique de la demi-coquille dans le collecteur d’échappement.
[0035] -le conduit de sortie du collecteur comporte une butée pour recevoir une extrémité libre du au-moins un manchon de sortie.
[0036] De manière avantageuse, G au-moins un conduit de sortie du collecteur comporte une butée apte à recevoir une extrémité libre du au-moins un manchon de sortie pour assurer un positionnement optimal de la demi-coquille dans la paroi du collecteur.
[0037] -la demi-coquille amont et la demi-coquille aval sont issues de même matière et/ou d’une même pièce formant l’enveloppe d’isolation.
[0038] De manière avantageuse, la demi-coquille amont et la demi-coquille aval sont issues d’une même matière et/ou d’une même pièce formant l’enveloppe d’isolation pour faciliter l’obtention des demi-coquilles et pour faciliter la mise en place de l’enveloppe d’isolation entre la culasse et le collecteur d’échappement.
[0039] -l’enveloppe d’isolation est fixée solidaire du collecteur.
[0040] De manière avantageuse, l’enveloppe est fixée solidaire du collecteur à l’aide par exemple d’une sangle qui entoure la demi-coquille amont pour la presser contre la demi-coquille aval afin de maintenir l’enveloppe d’isolation formée par les deux demi- coquilles contre la paroi du collecteur avec G au-moins un manchon de sortie enfoncé dans l’au-moins un conduit de sortie du collecteur. L’enveloppe d’isolation est alors bien fixée au collecteur pour faciliter la mise en place de l’ensemble contre la paroi de fixation de la culasse.
[0041] -l’enveloppe d’isolation comprend une couche d’isolant minéral recouverte d’une paroi mince métallique. [0042] De manière avantageuse, l’enveloppe d’isolation comprend une couche d’isolant minéral recouverte par une paroi mince pour garantir de garder la structure de l’enveloppe d’isolation. En effet la paroi mince est suffisamment rigide pour conserver la forme de l’enveloppe, la couche d’isolant minéral peut alors se déformer pour épouser la paroi de la chambre d’échappement, à savoir la paroi de la culasse et la paroi du collecteur.
[0043] -la paroi métallique mince est destinée au contact avec les gaz d’échappement.
[0044] De manière avantageuse, la paroi mince métallique est destinée au contact avec les gaz d’échappement, ce qui permet de conserver la forme de la chambre contenant les gaz d’échappement lors du fonctionnement du moteur et de préserver a couche d’isolation de toute dégradation.
[0045] -la couche d’isolant est comprimée en appui sur la paroi intérieure de la chambre d’échappement.
[0046] De manière avantageuse, la couche d’isolant minéral est comprimée en appui sur la paroi de la chambre d’échappement, notamment contre les parois de la cavité d’échappement de la culasse, de l’extrémité aval de chaque conduit d’échappement de la culasse, et de l’extrémité amont du conduit de sortie du collecteur, pour permettre une isolation optimale thermique des flux de gaz d’échappement à leur passage au travers du collecteur d’échappement.
Brève description des dessins
[0047] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés sur les dessins annexés, dans lesquels :
[0048] [fig.l]
est une vue schématique de la face échappement d’un moteur thermique avec des dis positifs de dépollution.
[0049] [fig.2]
est une vue schématique de la face échappement du moteur thermique avec le collecteur d’échappement.
[0050] [fig.3]
est une vue schématique de coupe longitudinale du dispositif de circulation des gaz d’échappement selon l’invention.
[0051] [fig.4]
est une vue schématique de coupe de dessus du dispositif de circulation des gaz d’échappement selon l’invention.
[0052] [fig.5]
est une vue schématique de l’enveloppe d’isolation du dispositif de circulation des gaz d’échappement selon l’invention.
Description détaillée des figures
[0053] Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires.
[0054] Les termes amont/aval se réfèrent au sens de circulation des gaz d’échappement
[0055] De manière connue, selon les figures 1 et 2, un moteur thermique (non représenté) comprend une culasse 10 disposée au-dessus d’un carter-cylindres (non représenté). Dans le carter-cylindres, sont creusés des cylindres selon un axe sensiblement vertical et orthogonal à un plan de jonction 11 de la culasse sur le carter-cylindres. Dans la culasse 10 sont creusés des conduits d’échappement 12 reliant des chambres à combustion, chacune desdites chambres est délimitée par l’un des cylindres, par le plan de jonction ou par un toit sensiblement conique creusé dans la culasse depuis le plan de jonction et en regard vers le cylindre, et par un piston (non représenté) mobile en cou lissement selon l’axe dudit cylindre, selon un mouvement de va-et-vient. Chacun des conduits d’échappement est apte à diriger des gaz brûlés ou d’échappement vers un collecteur d’échappement 14 fixé à la culasse contre une paroi de fixation 17 tournée du côté d’une face dite d’échappement 13 de la culasse 10. Chacun des conduits d’échappement débouche de la culasse par la paroi de fixation 15 dans une chambre d’échappement ou plénum, délimitée en aval selon le sens de circulation des gaz d’échappement par une paroi du collecteur 14 d’échappement.
[0056] Les gaz brûlés générés par la combustion dans la chambre de combustion sont donc dirigés via le conduit d’échappement pour traverser le collecteur d’échappement 14 et rejoindre un étage de turbine 15 et un dispositif de dépollution 16 tel que représenté dans la figure 1 définissant le sens de circulation des gaz d’échappement. La cir culation des gaz est représentée par les flèches 34 en figures 3 et 4.
[0057] L’invention concerne un dispositif 100 de circulation des gaz d’échappement depuis la chambre à combustion jusqu’à un dispositif de dépollution. Ledit dispositif 100 comprend les conduits d’échappement 12 creusés dans la culasse, le plénum et le collecteur d’échappement 14 avec le conduit de sortie connecté avec le dispositif de dépollution.
[0058] Afin de réduire la distance de parcours de gaz d’échappement depuis la chambre à combustion jusqu’au dispositif de dépollution 16, de manière connue, la paroi de fixation 17 est creusée pour former une cavité 18 d’échappement de la culasse 10, ladite cavité 18 est recouverte par le collecteur 14, tel que représenté en figure 4. Le collecteur 14 recouvre ladite cavité d’échappement pour former une chambre d’échappement 40 des gaz ou plénum des gaz d’échappement.
[0059] Selon les figures 3 et 4 représentant un mode de réalisation préféré de l’invention, les parois de la chambre d’échappement 40 sont calorifugées, en effet les parois in- térieures 19 de ladite chambre est recouverte par une enveloppe d’isolation thermique 20. Lesdites parois de la chambre sont formées par la paroi 33 de la cavité
d’échappement 18 et par la paroi 32 du collecteur 14. Ladite enveloppe isolante 20 est formée d’une première demi-coquille amont 21 qui est accolée à la paroi de la cavité d’échappement 18 de la culasse 10 et d’une seconde demi-coquille 22 aval qui est plaquée contre la paroi 32 du collecteur d’échappement 14 à l’intérieur dudit collecteur.
[0060] Ladite enveloppe permet une isolation thermique par l’intérieur de la chambre
d’échappement 40 afin de maintenir la température des gaz et d’éviter des pertes thermiques ce qui améliore l’efficacité du dispositif de dépollution en aval, et de préserver les parois de la chambre d’échappement 40, notamment la paroi 19 de la cavité d’échappement 18 et du collecteur 14, de montées en températures élevées sus ceptibles d’entraîner des dilatations différentielles et des contraintes dans les fixations du collecteur d’avec la culasse.
[0061] Selon un mode de réalisation, la première et la seconde demi-coquilles 21,22 sont formées de mêmes matières, par une couche d’isolant minéral 23 de type MAT de fibre minérale sur laquelle est apposée une paroi métallique mince 24. Ladite paroi mé tallique mince 24 est tournée vers l’intérieur de la chambre et est destinée au contact avec les gaz d’échappement. La couche métallique permet d’assurer une forme optimale pour diriger les gaz d’échappement vers le conduit de sortie. La couche isolante peut être comprimée et l’épaisseur de la couche mince métallique n’impactent sensiblement pas sur le volume global de la chambre d’échappement ce qui permet de contenir l’encombrement du dispositif 100 de circulation des gaz. Selon un mode de réalisation préféré, la fibre minérale peut être à base de silicate de calcium pour supporter les niveaux de températures des gaz d’échappement.
[0062] La première demi-coquille amont 21 comporte des manchons d’entrée 25 de di mensions sensiblement complémentaires à celles des conduits d’échappement 12, lesdits manchons d’entrée 25 sont destinés à être enfoncés dans lesdits conduits d’échappement 12. La demi-coquille 21 amont comporte autant de manchons d’entrée 25 que la culasse comporte de conduits d’échappement 12 et plus précisément de débouchés l2f de conduits d’échappement 12 dans la cavité d’échappement 18. En effet, selon la figure 4, chaque cylindre est relié à la cavité d’échappement 18 par plusieurs, ici deux, conduits initiaux l2a, l2b qui sont ensuite regroupés en un unique conduit d’extrémité aval l2c qui débouche dans la cavité d’échappement 18. Pour faciliter la compréhension, la suite de la description fait référence à un unique conduit d’échappement 12 par cylindre. Selon les figures 3 et 4, le débouché du conduit d’échappement 12 dans la paroi de la cavité d’échappement 18 présente un évasement l8e pour accueillir le manchon d’entrée 25. [0063] De manière avantageuse, l’emmanchement du manchon d’entrée 25 dans le conduit d’échappement 12 et notamment dans le débouché évasé l8e dudit conduit 12 permet un maintien mécanique de la demi-coquille amont 21 dans la cavité d’échappement 18 et donc dans la culasse 10. De plus, cette disposition permet une isolation thermique optimale de la chambre d’échappement 40 ou plénum pour d’une part éviter des di latations notamment différentielles de la culasse 10 et du collecteur 14 et d’autre maintenir la température des gaz d’échappement au passage du collecteur.
[0064] La seconde demi-coquille aval 22 comporte un manchon de sortie 27 de dimension sensiblement complémentaire au conduit de sortie 26 du collecteur 14.
[0065] Le collecteur d’échappement 14 peut cependant comporter plusieurs conduits de sortie 26 et on peut alors avoir autant de manchons de sortie 27 que de conduits de sortie 26 du collecteur.
[0066] Ledit manchon de sortie 27 est destiné à être enfoncé dans ledit conduit de sortie 26 du collecteur 14. L’emmanchement dudit manchon de sortie 27 dans le conduit de sortie 26 permet une isolation optimale de la paroi du collecteur 14 et éviter de fortes montées en température dudit collecteur 14. De même le conduit de sortie 26 du collecteur 14 présente un évasement 28 destiné à accueillir le manchon de sortie 27. Ledit évasement est de manière préférentielle terminé par une butée 29 pour recevoir une extrémité libre du manchon de sortie 27 afin d’assurer le positionnement de la seconde demi-coquille 22 dans la paroi du collecteur 14. Ladite butée 29 peut être par exemple un épaulement circulaire creusé dans la paroi 32 du collecteur 14. L’extrémité amont 26a du conduit de sortie 26 du collecteur est donc calorifugée.
[0067] La première demi-coquille amont 21 comporte une rainure 30 extérieure qui se
prolonge par une rainure de mêmes dimensions dans la seconde demi-coquille aval 22 pour permettre la fixation des deux demi-coquilles l’une à l’autre par exemple par une sangle pour former une même pièce.
Selon un autre mode de réalisation, la rainure 30 permet l’enroulement d’une sangle pour permettre la fixation de la première demi-coquille 21 au collecteur 14.
[0068] La mise en place des deux demi-coquilles peut comprendre les étapes suivantes :
[0069] -mise en place de la seconde demi-coquille 22 en appui sur la paroi intérieure du collecteur en enfonçant le manchon de sortie 27 dans la conduit de sortie 26 du collecteur.
[0070] -mise en place de la première demi-coquille amont 21 en appui bord à bord contre la seconde demi-coquille aval 22,
[0071] -fixation de la première demi-coquille 21 au collecteur par attache par exemple d’une sangle logée dans la rainure 30.
[0072] -fixation du collecteur 14 contre la paroi de fixation de la culasse 10 en enfonçant les manchons d’entrée 25 dans les conduits d’échappement 12 de la culasse. [0073] La couche isolante 23 de l’enveloppe est pressée contre la paroi de la cavité d’échappement de la culasse et contre la paroi du collecteur par la paroi mince mé tallique qui délimite ainsi le volume intérieur de la chambre des gaz d’échappement.
[0074] L’objectif est atteint :
[0075] Le dispositif de circulation 100 propose une isolation thermique de la chambre
d’échappement pour maintenir la température des gaz au passage du collecteur et de réduire des températures élevées du collecteur 14 pouvant entraîner des dilatations dif férentielles entre la culasse 10 et le collecteur 14 qui peuvent générer des contraintes de fixations.
[0076] Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de cette prise, décrites ci-dessus à titre d'exemples, elle en embrasse au contraire toutes les variantes.
[0077] Par exemple, on peut avoir une couche de vernis en tant qu’isolant thermique.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Dispositif (100) de circulation des gaz d’échappement d’un moteur thermique de véhicule automobile comprenant un collecteur
d’échappement (14) comportant un conduit de sortie (26), et fixé à une culasse (10) du moteur dans laquelle sont creusés des conduits d’échappement (12), chacun desdits conduits reliant à une extrémité une chambre à combustion et débouchant à l’autre extrémité dans une chambre d’échappement (40) de gaz d’échappement, ladite chambre étant recouverte par une paroi du collecteur,
caractérisé en ce que les parois de la chambre (40) sont calorifugées.
[Revendication 2] Dispositif (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que
l’extrémité aval (l2c) de chacun des conduits d’échappement (12), dirigée vers la chambre d’échappement, est calorifugée.
[Revendication 3] Dispositif (100) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l’extrémité amont (26a) d’un conduit de sortie (26) du collecteur est ca lorifugée.
[Revendication 4] Dispositif (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, ca ractérisé en ce que la paroi intérieure de la chambre d’échappement (40) est recouverte par une enveloppe d’isolation thermique (20).
[Revendication 5] Dispositif (100) selon la revendication 4 caractérisé en ce que
l’enveloppe d’isolation (20) comprend une demi-coquille amont (21) accolée à une paroi d’une cavité d’échappement (18) de la culasse de laquelle débouche chacun des conduits d’échappement (12).
[Revendication 6] Dispositif (100) selon la revendication 5, caractérisé en ce que la demi- coquille amont (21) comporte un manchon d’entrée (25) par conduit d’échappement (12), chacun des manchons d’entrée (25) étant enfoncé dans l’extrémité aval (l2c) du conduit d’échappement (12).
[Revendication 7] Dispositif (100) selon l’une quelconque des revendications 4 à 6, ca ractérisé en ce que l’enveloppe d’isolation thermique (20) comporte une demi-coquille aval (22) accolée à la paroi (32) du collecteur
d’échappement (14).
[Revendication 8] Dispositif (100) selon la revendication 7, caractérisé en ce que la demi- coquille aval (22) comporte un manchon de sortie (27) enfoncé dans le conduit de sortie (26) du collecteur d’échappement.
[Revendication 9] Dispositif (100) selon la revendication 8, caractérisé en ce que le
conduit de sortie (26) du collecteur comporte une butée (29) pour recevoir une extrémité libre du manchon de sortie (27).
[Revendication 10] Dispositif (100) selon l’une quelconque des revendications 7 à 9, ca ractérisé en ce que la demi-coquille amont (21) et la demi-coquille aval (22) sont issues de mêmes matières et d’une même pièce formant l’enveloppe d’isolation (20).
[Revendication 11] Dispositif (100) selon la revendication 10, caractérisé en ce que
l’enveloppe d’isolation (20) est fixée solidaire du collecteur (14).
[Revendication 12] Dispositif (100) selon l’une quelconque des revendications 4 à 11, ca ractérisé en ce que l’enveloppe d’isolation (20) comprend une couche d’isolant minéral (23) recouverte d’une paroi mince métallique (24).
[Revendication 13] Dispositif (100) selon la revendication 12, caractérisé en ce que la paroi mince métallique (24) est destinée au contact avec les gaz
d’échappement.
[Revendication 14] Dispositif (100) selon la revendication 12, caractérisé en ce que la
couche d’isolant (23) est comprimée en appui sur la paroi intérieure de la chambre d’échappement (40).
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