La présente invention concerne un silencieux destiné à équiper une ligne d'échappement d'un moteur thermique. L'invention concerne aussi une ligne d'échappement du type comportant un tel silencieux, ainsi que le véhicule qui l'embarque.

Les véhicules propulsés par un moteur thermique, dit aussi à combustion interne, comportent au moins une ligne d'échappement des gaz de combustion. Afin de diminuer la pollution sonore et répondre aux règles d'homologation acoustique des véhicules, la ligne d'échappement comporte de façon connue un silencieux. Elle est fixée sous la caisse du véhicule et se termine à l'une de ses deux extrémités par une conduite d'évacuation, appelée aussi canule, qui dépasse parfois légèrement du parechoc arrière quand il s'agit de véhicules propulsés uniquement par un moteur thermique.

Notamment dans le cas où le véhicule est également propulsé par un deuxième groupe propulseur utilisant une énergie autre que thermique, comme une machine électrique (véhicule hybride électrique) ou un moteur hydraulique (véhicule hybride-air), ou quand le moteur thermique est connecté à un réservoir d'air comprimé (véhicule hybride pneumatique), - ou quand le moteur thermique utilise aussi du carburant gazeux du type du gaz naturel - , il est nécessaire de loger un ou plusieurs réservoirs/dispositifs supplémentaires dans le véhicule, notamment sous caisse. On cherche alors à raccourcir, à compacter la ligne d'échappement et les organes du type silencieux qu'elle intègre. La ligne peut alors être raccourcie de telle manière que la conduite d'évacuation qui la termine, en sortie de silencieux, se trouve sous la caisse, à l'avant de l'essieu arrière du véhicule, par exemple au niveau du second rang de sièges de l'habitacle du véhicule. On s'assure que les gaz d'échappement ne remontent pas dans l'habitacle de par le fait qu'à l'arrêt, avec les véhicules de type hybride, le moteur thermique ne fonctionne pas et de fait n'émet pas de gaz d'échappement, et qu'en conditions de roulage, la vitesse fait que les gaz d'échappement circulent sous caisse et s'évacuent sans difficultés vers l'arrière du véhicule.

Cependant, raccourcir, compacter la ligne d'échappement peut s'avérer délicat, dans la mesure où le dimensionnement de la ligne d'échappement a un impact sur le fonctionnement du moteur thermique, notamment sur son remplissage en mélange air/carburant, et qu'il apparaît souhaitable de ne pas avoir à modifier trop significativement le contrôle commande du moteur thermique selon qu'il est le seul moyen de propulsion du véhicule ou pas. Il est également important de conserver le même type de réflexion acoustique pour le silencieux, notamment la portion habituellement désignée sous le terme de silencieux intermédiaire. Un tel silencieux est connu du document US5726397.

Le but de l'invention est alors la mise au point d'un silencieux de ligne d'échappement de moteur thermique amélioré. Il s'agit notamment de concevoir un silencieux plus compact, ou à tout le moins plus adaptable dimensionnellement, tout en ayant des performances acoustiques au moins aussi bonnes. Accessoirement, on cherche à de concevoir un silencieux aux performances acoustiques améliorées pour une ligne d'échappement raccourcie, par rapport aux performances d'un silencieux d'une ligne d'échappement classique, la source acoustique avec une ligne d'échappement raccourcie étant plus proche des oreilles des occupants.

L'invention a tout d'abord pour objet un silencieux destiné à équiper une ligne d'échappement d'un moteur thermique, silencieux qui comprend une ou plusieurs enveloppe(s) qui délimite(nt) trois volumes, dits amont, intermédiaire et aval, disposés successivement et traversés par une pluralité de conduits, dont : - un conduit d'alimentation amenant les gaz d'échappement depuis le moteur dans le volume intermédiaire en traversant le volume amont, - un conduit de trajet dit « aller » conduisant les gaz d'échappement depuis le volume intermédiaire dans le volume aval, - un conduit de trajet dit « retour » conduisant les gaz d'échappement depuis le volume aval vers le volume amont en traversant le volume intermédiaire, et - un conduit d'évacuation disposé majoritairement à l'extérieur de la ou des enveloppes et débouchant du volume amont en longeant le volume amont du silencieux hors de ladite ou lesdites enveloppes.

Le silencieux présente donc la particularité d'avoir un conduit d'évacuation qui est disposé substantiellement hors des enveloppes, ce qui est très intéressant en termes de dimensionnement : on peut maintenir ainsi un niveau de volume libre suffisant dans les enveloppes pour assurer l'atténuation acoustique requise, en « sortant » le conduit d'évacuation, qui, de fait, peut alors être dimensionné de façon plus libre, en termes de longueur, de forme (rectiligne ou pas) et d'orientation, selon, par exemple qu'il longe la ou les enveloppes en « descendant » vers l'aval ou en étant orienté en amont du silencieux, en « remontant » vers la ligne d'échappement côté moteur.

Et contrairement à ce qu'on aurait pu craindre, un tel positionnement du conduit d'évacuation n'a apporté aucun désavantage ou problème, tant sur le plan acoustique que mécanique.

On comprend dans tout le présent texte les termes « amont » et « aval » en référence au sens d'écoulement général des gaz d'échappement depuis le collecteur d'échappement du moteur jusqu'à l'extérieur du véhicule. De la même manière, « successivement » est à comprendre en fonction de ce sens d'écoulement général. On comprend dans tout le présent texte des indications de positionnement spatial du type « bas », « haut », « vertical » comme les indications relatives au positionnement du silencieux une fois monté dans le véhicule, lui-même positionné à l'arrêt sur un plan horizontal.

De préférence, le silencieux présente trois volumes répartis en une, deux ou trois enveloppes.

Selon un mode de réalisation, les volumes du silencieux sont répartis dans plusieurs enveloppes délimitées par des parois latérales et des cloisons transversales d'extrémité dites coupelles, lesdites enveloppes étant reliées l'une à l'autre par au moins deux conduits traversant au moins deux coupelles en regard de deux enveloppes successives.

Avec un tel mode de réalisation à plusieurs enveloppes, les gaz d'échappement vont faire des allers retours via des conduits prédéfinis (comme détaillé plus loin), les conduits remplissant alors leur rôle habituel de guidage des gaz d'échappement dans des volumes fermés afin d'en atténuer l'impact sonore. Mais ces conduits, ou tout au moins certains d'entre eux, jouent aussi un rôle mécanique de liaison des deux enveloppes entre elles. On assure ainsi la cohérence de l'ensemble sans plus avoir à prévoir (en tout cas plus de façon obligatoire) des moyens mécaniques spécifiques au maintien en positionnement relatif correct des enveloppes les unes par rapport aux autres.

De préférence, le conduit d'évacuation longe le volume intermédiaire et également éventuellement aussi le volume aval sur une partie au moins de leur longueur.

Plusieurs variantes sont possibles : il peut longer l'ensemble de la ou des enveloppes pour déboucher au voisinage de la partie la plus aval du silencieux, ou au-delà, il peut aussi ne longer qu'une partie de la ou des enveloppes, et déboucher au niveau du volume intermédiaire ou du volume aval par exemple.

On adapte son dimensionnement (longueur, section) pour qu'il remplisse correctement son rôle, il peut ainsi déboucher sous caisse, par exemple au voisinage du niveau des sièges de rang deux de l'habitacle du véhicule.

De préférence, le conduit d'évacuation débouche de la cloison transversale d'extrémité amont de l'enveloppe amont. Ce choix s'est avéré le plus avantageux sur le plan dimensionnel, même s'il peut surprendre, puisque, de fait, le conduit « sort » du silencieux dans sa partie la plus amont, avant, par exemple, de longer vers l'aval, le silencieux sur une longueur appropriée.

Selon un mode de réalisation préféré, le conduit d'évacuation débouche de la coupelle amont de l'enveloppe définissant le volume amont du silencieux.

Le silencieux selon l'invention peut comprendre plusieurs, notamment deux conduits d'évacuation, notamment parallèles entre eux sur au moins une partie de leurs longueurs. Ils peuvent longer de façon symétrique l'enveloppe amont, de chaque côté de celle-ci, par exemple en partie basse.

Le silencieux selon l'invention peut aussi comprendre plusieurs, notamment deux, conduits de trajet « aller », et/ou plusieurs, notamment deux conduits de trajet « retour ».

On peut en effet dédoubler chacun des conduits du silencieux, notamment pour se donner plus de flexibilité dans le dimensionnement du silencieux dans son ensemble. Les conduits ainsi dédoublés auront une section moindre qu'un conduit unitaire, de façon à garder la même capacité de canalisation des gaz à débit donné, et à garder une perte de charge similaire.

De préférence, le volume intermédiaire du silencieux selon l'invention est sensiblement égal à ou voisin du volume aval de celui-ci.

De préférence encore, le volume amont du silencieux selon l'invention est substantiellement deux fois plus important que le volume intermédiaire et/ou que le volume aval de celui-ci. Il est ainsi, de préférence sensiblement égal à la somme des volumes intermédiaire et aval

Selon la construction proposée, de préférence, le conduit de trajet dit « aller » est d'une longueur inférieure à celle du conduit de trajet dit « retour », lui-même de longueur inférieure à celle du conduit d'évacuation. Ce choix (selon les conventions des schémas acoustiques) est optimal en termes de performances acoustiques pour l'architecture de silencieux proposé.

L'invention a également pour objet la structure de caisse d'un véhicule automobile comprenant un plancher d'habitacle présentant un tunnel, telle que ledit tunnel loge au moins une partie du silencieux décrit précédemment. Le silencieux présente ainsi une configuration où l'unique enveloppe ou les enveloppes successives peuvent se trouver alignées longitudinalement selon l'axe du tunnel, qui est confondu avec ou parallèle à l'axe longitudinal du véhicule.

Un grand avantage du silencieux selon l'invention est qu'il peut facilement être disposé dans le tunnel. L'espace entre les deux enveloppes, dans la configuration à plusieurs enveloppes, qui de fait, rend dans cette zone le silencieux moins encombrant dans sa section (son encombrement n'était plus défini que par la section des conduits qui relient les deux enveloppes), peut être exploité pour y loger par exemple des renforts mécaniques intérieurs du tunnel, par exemple. Et il est suffisamment compact pour n'occuper qu'une partie de la longueur du tunnel disponible, ce qui permet d'envisager de loger également dans le tunnel d'autres organes, comme des réservoirs de gaz ou des machines électriques.

L'invention a également pour objet tout véhicule automobile, comprenant la structure de caisse décrite plus haut, et un moteur thermique associé à un autre mode de propulsion comme une machine électrique, un moteur hydraulique, ou un moteur hybride thermique-pneumatique ou un moteur fonctionnant au carburant gazeux.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit de plusieurs de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux figures suivantes :

• la figure 1 représente en perspective un premier exemple de silencieux selon l'invention ;
• la figure 2 présente une coupe longitudinale du silencieux selon la figure 1 ;
• la figure 3 représente le schéma acoustique correspondant au silencieux des figures 1 et 2 ;
• la figure 4 est une vue de dessous d'une portion de tunnel de structure de caisse de véhicule, logeant le silencieux selon les figures 1 et 2 ;
• les figures 5,6 et 7 sont des coupes longitudinales de variantes du silencieux selon le premier exemple représenté aux figures 1,2, 3.

Ces figures sont schématiques, et ne respectent pas nécessairement l'échelle. D'une figure à l'autre, les mêmes références correspondent aux mêmes composants.

La figure 1 et la figure 2 représentent un premier exemple de silencieux S selon l'invention intégré dans une ligne d'échappement L d'un moteur thermique M d'un véhicule hybride ayant un autre moyen de propulsion non thermique, et ces deux figures seront décrites conjointement. La flèche F indique le sens d'écoulement général des gaz d'échappement depuis le moteur M, les termes « amont » et «aval » faisant référence audit sens d'écoulement général. Le silencieux selon l'invention intègre ce qu'on désigne généralement dans le domaine des silencieux sous les termes de silencieux intermédiaire et de silencieux arrière.

Naturellement, l'invention ne se limite pas à une application aux véhicules hybrides, et trouve aussi avantageusement application pour les véhicules uniquement équipés d'un moteur thermique.

Le silencieux S selon cet exemple 1 comprend deux enveloppes : une enveloppe amont E1 et une enveloppe aval E2, toutes deux sensiblement alignées et disposées selon l'axe X longitudinal du véhicule. L'enveloppe amont E1 comprend une paroi latérale 5 qui définit un volume sensiblement parallélépipédique, et qui est fermée à ses extrémités transversales (selon l'axe Y transversal, perpendiculaire à l'axe X) par des cloisons transversales d'extrémité amont 3 et aval 4, appelées aussi coupelles. L'axe Z est la verticale.

L'enveloppe aval E2 est disposée à distance de l'enveloppe amont E1, elle présente une section transversale sensiblement tronconique. Elle comprend une paroi latérale 6 et des cloisons transversales d'extrémité ou coupelles amont 7 et aval 8 et délimite un volume 2. Pour des questions de résistance mécanique, une coupelle intermédiaire fortement perforée et sans rôle acoustique peut être installée afin de maintenir l'extrémité des tubes « aller » et « retour » au milieu de l'enveloppe E2.

L'enveloppe amont E1 est partitionnée par une cloison intermédiaire 9, de façon à délimiter un volume amont 1a et un volume intermédiaire 1b.

Les enveloppes E1,E2 du silencieux définissent ainsi trois volumes : le volume 1a et le volume 1b intermédiaire de l'enveloppe amont E1, et le volume 2 de l'enveloppe aval E2.

Le silencieux S comporte un conduit d'alimentation 10 en gaz d'échappement, qui est raccordé en amont à la ligne d'échappement L, et qui débouche dans le volume 1b en traversant le volume 1a par la coupelle 3 puis la coupelle 9. La portion de conduit 10 se trouvant dans le volume 1b est munie de perforations 11 réparties sur tout son pourtour sensiblement cylindrique.

Ce conduit 10 est prolongé par un conduit « aller » 12 qui traverse la coupelle aval 4 de l'enveloppe amont E1 et qui traverse ensuite l'enveloppe aval E2 par une ouverture pratiquée dans sa cloison d'extrémité amont 7. Il débouche à l'intérieur du volume 2 de l'enveloppe aval E2 approximativement à la moitié de sa longueur.

Le silencieux comporte également deux conduits «retour » 13,13', disposés côte à côte, parallèlement à l'axe longitudinal X, et sous le conduit « aller » 12. Ils débouchent, côté aval, dans le volume 2 de l'enveloppe aval E2 environ à la moitié ou aux deux tiers de sa longueur, de façon analogue au conduit 12. Ils débouchent, côté amont, dans le volume amont 1a de l'enveloppe amont E1 (approximativement à la moitié ou au tiers de la longueur du volume 1a), en traversant le volume 1b et la cloison intermédiaire 9. Ils traversent donc la cloison intermédiaire 9 et la cloison aval 4 de l'enveloppe amont E1 et la cloison amont 4 de l'enveloppe aval E2 par des ouvertures pratiquées dans celles-ci.

Enfin, le silencieux S comporte deux conduits d'évacuation 14,14', disposés symétriquement de part et d'autre des enveloppes E1,E2. Ils débouchent à leurs premières extrémités dans le volume 1a de l'enveloppe amont E1 par une ouverture pratiquée dans la cloison 3. (ils peuvent se prolonger ou pas dans ledit volume 1a, sans traverser la cloison intermédiaire 9). La cloison 3 est donc munie de deux ouvertures symétriques pour ces conduits d'évacuation, et d'une ouverture pour le conduit d'alimentation 10. Dans l'exemple représenté, les ouvertures pour les conduits d'évacuation 14,14' sont au-dessus de l'ouverture pour le conduit d'alimentation 10. Les conduits 14,14' font un coude en sortie de la cloison 3 et longent de chaque côté l'enveloppe amont E1 puis une partie au moins de l'enveloppe aval E2, pour déboucher de part et d'autre de l'enveloppe aval E2 approximativement au milieu de sa longueur. Ils peuvent également déboucher plus en amont, ou au niveau de la coupelle 8 ou au-delà.

Les conduits 10, 12,13,13',14,14' sont ici tous cylindriques, mais leur section pourrait être de forme différente, ovale par exemple. Ici, la section des conduits 10 et 12 est supérieure à celle de chacun des autres conduits 13,13',14, 14', et ce, afin de maintenir des sections de passage sensiblement constantes tout le long du trajet des gaz. D'autres choix dimensionnels ou de positionnement ou de nombre de conduits peuvent être faits tout en restant dans le cadre de l'invention. Ainsi, on pourrait choisir de remplacer les deux conduits intermédiaires 13,13' par un seul. De même, on peut n'utiliser qu'un conduit d'évacuation, avec une section plus grande, afin de pouvoir évacuer les gaz d'échappement avec la même perte de charge. On peut aussi choisir de positionner le conduit d'alimentation 10 et/ou le conduit « aller » 12 en dessous des conduits 13,13' et/ou les conduits d'évacuation 14,14' au-dessus du conduit 10 ou du conduit 12. On pourrait également dédoubler le conduit d'alimentation 10 et/ou le conduit « aller » 12. On peut aussi ne faire qu'un conduit des conduits 10 et 12. La section du conduit d'évacuation 14 (ou la somme des sections des conduits 14 et 14' quand ils sont deux) peut être supérieure à celle des conduits d'alimentation, « aller » et « retour » 10,12,13, afin de réduire la vitesse des gaz et donc le bruit de souffle associé.

On a indiqué que le conduit 12 est dans le prolongement du conduit 1, au-delà des perforations 11 dont est muni le conduit 10 d'alimentation. Différentes variantes sont possibles : les deux conduits peuvent ne faire qu'un. Ils peuvent être fixés l'un à l'autre par toute technique connue (soudage ...) par contact direct ou à distance l'un de l'autre.

Le cheminement des gaz d'échappement dans le silencieux est plus particulièrement illustré à la figure 2 : les gaz entrent dans le silencieux S par le conduit d'alimentation 10 selon une direction représentée par la flèche f1, puis suivent le conduit « aller 12 disposé dans le prolongement du conduit 10. Ils traversent donc le volume 1a et débouchent dans le volume 1b dans le conduit 10, puis le conduit 12 les amène dans le volume 2 de l'enveloppe aval E2 selon un premier trajet « aller ». Ensuite, comme indiqué par la flèche f2, ils repartent en sens inverse, selon un deuxième trajet « retour » dans les conduits « retour » » 13,13' disposés au-dessus des conduits 10 et 12 selon une direction représentée par la flèche f3 et débouchent dans le volume 1a de l'enveloppe amont E1. De là, ils sont évacués par les conduits d'évacuation 14,14' en repartant selon un troisième trajet « aller » (flèche f4) pour sortir à l'extrémité des conduits 14,14' selon la direction symbolisée par la flèche f5, de même orientation que la direction f1 avec laquelle les gaz étaient entrés dans le silencieux S.

Il est à noter que l'on prévoit une étanchéité entre les ouvertures pratiquées dans les coupelles et le pourtour extérieur des conduits qui les traversent, tout particulièrement au niveau d'au moins l'une des coupelles d'extrémité 4,7 qui sont en regard. On peut cependant prévoir, pour les conduits 12, 13,13', soit au niveau de la coupelle 4 soit au niveau de la coupelle 7 une étanchéité non parfaite, qui permet à l'ensemble enveloppes et conduits de connaître des légères modifications dimensionnelles en usage, notamment dues à la dilatation thermique, sans que l'ensemble ne soit trop sollicité mécaniquement.

On voit donc que dans cet exemple, ce sont les conduits 12, 13, 13' qui assurent la solidarisation mécanique des enveloppes amont E1 et aval E2 entre elles.

On voit aussi que la forme des enveloppes peut varier, et va s'adapter avec souplesse à la fois à la taille des conduits qui doivent les traverser, mais également à l'environnement de la ligne d'échappement. Ici, le silencieux se trouve logé dans le tunnel d'un bas de caisse de véhicule, et la zone entre les deux enveloppes, moins encombrée, du silencieux va pouvoir être, dans le tunnel, exploitée par exemple pour que le plafond ou les côtés intérieurs du tunnel accueillent des renforts mécaniques.

On peut utiliser différents procédés pour fabriquer les enveloppes et les conduits du silencieux, qui sont en métal: on peut utiliser la technique d'emboutissage, ou la technique dite « roulé-serti ».

La figure 3 représente le schéma acoustique du silencieux selon l'invention, avec les conventions habituelles de ce type de représentation. Il est optimal lorsque le volume total correspondant à 1a + 1b + 2 est partagé en trois selon la répartition approximative où le volume 1a est d'environ 3 litres, le volume 1b d'environ 3 litres également, et le volume 2 d'environ 6 litres, avec donc de préférence la relation 1a sensiblement égal à 1b et 2 supérieur à 1a et à 1b et correspondant approximativement à la somme 1a + 1b.

Ici, les conduits 12, 13 et 13', 14 et 14' sont organisés de telle sorte que leurs longueurs vont en croissant lorsque l'on suit le flux de gaz d'échappement : la longueur du conduit « aller » 12 est inférieure à celle des conduits « retour » 13,13', elles-mêmes inférieures à celles des conduits d'évacuation 14,14'. Cette répartition permet d'obtenir des fréquences de résonance des résonateurs de Helmholtz issus du couplage des conduits (masses) et des volumes (raideur) donnés, avec les longueurs de conduit 12, 13 et 13', 14 et 14' minimales pour une section donnée. On utilise ainsi de façon maximale le volume pour la fonction recherchée du filtrage du bruit par ces volumes, au-dessus des fréquences de résonance choisies. Cette organisation des volumes et des conduits permet de séparer significativement les trois fréquences de résonance de Helmholtz associées, permettant le cumul des effets de filtrage de chacun des résonateurs, procurant ainsi un niveau de performance acoustique élevé. Néanmoins, la fréquence de résonance de Helmholtz la plus élevée doit rester inférieure à la première résonance acoustique du conduit d'évacuation 14 (premier mode acoustique du conduit ouvert-ouvert).

Cette architecture est particulièrement favorable quand le silencieux est destiné à être logé au moins en partie dans le tunnel de la caisse du véhicule, car le volume disponible sous le tunnel est allongé, comme la forme générale du silencieux de l'invention. On peut le visualiser avec la figure 4, qui représente une structure de caisse C de véhicule vue de dessous au niveau de son tunnel T, avec le silencieux S de l'exemple 1 logé dans le tunnel (l'enveloppe aval E2 est tronquée dans sa partie la plus aval, et la représentation simplifiée pour être plus claire).

Les figures 5 à 7 sont des variantes de l'exemple 1 : La figure 5 correspond à un exemple 2 qui se distingue de l'exemple 1 par le fait que les volumes 1a, 1b et 2 sont répartis différemment dans les deux enveloppes. Ici, l'enveloppe amont E1' ne délimite que le volume amont 1a, et l'enveloppe aval E2', plus importante, délimite les volumes intermédiaire 1b et aval 2. C'est donc l'enveloppe aval E2' qui a la cloison intermédiaire 9 permettant de la partitionner en deux.

La figure 6 correspond à un exemple 3, qui se distingue de l'exemple 1 par le fait que les volumes 1a, 1b et 2 sont délimités par une unique enveloppe E. Cette enveloppe unique E présente alors deux cloisons intermédiaires 9 et 9' qui la partitionnent en trois.

La figure 7 correspond à un exemple 4, qui se distingue de l'exemple 1 par le fait que les volumes 1a, 1b et 2 sont chacun délimités par une enveloppe E1", E2" et E3.

On voit de ces différents exemples que l'invention a défini un schéma acoustique permettant une grande flexibilité de réalisation, qui permet d'adapter le dimensionnement extérieur du silencieux à des environnements, notamment sous tunnel, variés. La particularité du cheminement des gaz d'échappement qui font un aller-retour dans les conduits traversant la ou les enveloppes, puis un dernier trajet aller par les conduits d'évacuation hors enveloppe contribue à cette flexibilité, et, globalement, à une compacité remarquable du silencieux compte-tenu des performances acoustiques que procurent son schéma acoustique.