Brevet FR2527263A1 — publié le 19831125

Collecteur d'échappement et procédé pour sa fabrication. L'inventiona pour objet un collecteurd'échappement destiné à des moteurs à plusieurs cylindres de véhicules automobiles et qui comporte plusieurs embouts de raccor- dement aboutissant aux embouts de raccord de la culasse. De tels collecteurs d'échappement sont actuel- lement constitués de façon prépondérante en fonte De ce fait, ils sont relativement lourds et onéreux En outre, des essais ont été effectués avec des collecteurs d'échap- pement possédant une constitution en forme de coque et dans lesquels on a fixé entre ellespar soudage, des demi-coques ébauchées à la presse, au niveau de leurs bords longitudi- naux Ces collecteurs se caractérisent assurément par un faible poids, mais il faut à cet effet s'accommoder de cor- dons de soudure onéreux. La présente invention part du fait selon lequel dans la construction automobile moderne, les émissions pro- duitespar le moteur, notamment les bruits transmis par le corps, doivent être affaiblies d'une manière plus intense que jusqu'alors A cet effet, il convient de réaliser notam- ment une encapsulation du moteur. Une telle encapsulation a cependant pour consé- quence que le rayonnement thermique du moteur ne peut plus être évacué par le vent de déplacement et par le courant d'air du ventilateur De ce fait, il apparaît des tempéra- tures nettement supérieures, notamment dans la zone du col- lecteur d'échappement Les problèmes de dilatation thermi- que sont intensifiés de façon correspondante en raison de la dilatation thermique variable de la culasse d'une part et du collecteur d'échappement raccordé par brides d'autre pert. A partir de ce fait connu, la présente invention a pour but de développer un collecteur d'échappement qui soit conforme aux exigences thermiques supérieures dans le cas de moteurs encapsulés et qui se caractérise notamment par une compensation élevée de la dilatation, moyennant un faible coût de fabrication Simultanément, le collecteur conforme à l'invention doit posséder un faible poids et convenir pour un enveloppement ultérieur destiné à réali- ser le calorifugeage et l'isolation acoustique, des dispo- sitions particulières devant pouvoir également être prises pour l'insonorisation. Ce problème est résolu conformément à l'inven- tion grâce au fait que le collecteur est réalisé sous la for- me d'un tube en t 8 le d'une seule pièce,comportant des col- lets locaux, que ces collets sont soudés aux embouts de raccordement et que dans le collecteur et/ou dans les em- bouts de raccordement, plusieurs ondulations de dilatation s'étendant approximativement suivant la direction circonfé- rentiéIle sont ménagées directement par moulage dans la paroi Alors,le collecteur et les embouts de raccorde- ment peuvent être éventuellement entourés par un isolant servant au calorifugeage et à l'atténuation des bruits. Cette construction conforme à l'invention pré- sente les avantages décisifs du point de vue de la techni- que de fabrication ainsique du point de vue de la technique d'utilisation: étant donné que le collecteur,y comprisses collets, estconfonré à partir d'un tube d'une seule pièce, les longs cordons de soudure nui sont nécessaires dans le cas de la construction en coques, et aui s'étendent longitudi- nalem ent, sont inutiles et l'on obtient des avantages importants de poids vis-à-vis des collecteurs en fonte Mais surtout il devient possible d'intégrer directement dans la paroi du tube du collecteur ou dans ses embouts de raccorde- ment, des ondulations dedilatation qui sont particulière- ment importantes pour le cas d'utilisation conforme à l'in- vention Par conséquent, aucun él(ment supplémentaire sé- paré,sous la forme de soufflets ou analogues n'est nécessai- res et,de même,des travaux onéreux de montage sont suppri- més En outre, les ondulations de dilatation intégrées se ca- ractérisent par un faible encombrement tant suivant la di- rection axiale que suivant la direction radiale C'est pour- quoi on peut même les loger dans de petites sections tubu- laires, o elles réalisent une compensation absolue de la dilatation Enfin, en raison de l'existence des ondulations de dilatation intégrées, le collecteur conforme à l'invention est prédestiné pour le montage d'un isolant extérieur,étant donné qu'il n'y a à passer par dessus aucune bride de jonc- tion Une telle isolation réduit l'évacuation thermique de chaleur du collecteur dans l'espace du moteur, ce qui est particulièrement important dans le cas de l'encapsulation. Enfin la construction tubulaire conforme à l'invention four- nit, par rapport à des formes de réalisation connues, une constante d'échauffement plus faible, ce qui conduit à ce que des catalyseurs installés en aval répondent plus rapi- dement, ce qui est important notamment dans le cas du tra- fic urbain - On peut en outre prévoir qu'au moins sur une par- tie des ondulations de dilatation, qui peuvent être prévues sé- parément ou à plusieurs côte-à-côte selon le cas d'utilisa- tion, une enveloppe formée d'un treillis, d'un tissu ou d'un tricot métallique soit apposéepar moulage de manière à sui- vre le contour des ondulations au moins le long des plans asso- ciés des ondulations ou bien soit réalisé conjointement par moulage lors de la formation des ondulations de dilatation Ces dispositions ont pour effet que l'enveloppe entoure élasti- quement et à la manière d'un réseau le tube ondulé, le tri- cot, le tissu ou analogue étant soumis à une contrainte re- lativement faible lors du formage du tube ondulé ou lors de la mise en place de l'enveloppe Ces degrésde liberté de l'enveloppe,qui sont plus importants et interviennent déjà lors de la fabrication, ont également une action posi- tive, lors du fonctionnement, dans le cas de l'apparition de déplacementsrelatifs, étant donné qu'il n'y a pas à crain- dre un décollement de la partie en forme de tube ondulé ou des ondulations de dilatation et que, pendant un fonctionne- ment permanent, on obtient une grande surface de contact avec le tube ondulé, étant donné que les phénomènes de di- latation thermique ne peuvent pas agir d'une manière parti- culière L'enveloppe indiquée n'affecte pratiquement pas l'évacuation de la chaleur par le tube ondulé, de sorte qu'il ne peut apparaître une accumulation de chaleur entre l'enveloppe et le tube ondulé De même l'enveloppe conforme à l'invention a pour effet qu'à l'intérieur du tricot, du treillis ou du tissu, l'énergie vibrationnelle est annihilée par suite du frottement entre eux des fils, filaments ou fibres constituant cette enveloppe, le pourcentage du maté- riau devant être utilisé étant relativement faible Si l'enveloppe est, conjointement avec le tube lisse constitu- ant le départ de la fabrication, mise en forme dans un outil, il se forme finalement dans la paroi en tôle, un réseau d'ondu- lations de rigidification, qui réduisent de façon efficace les émissions acoustiques produites par la surface de la tô- le. De façon appropriée, les ondulation de dilata- tion sont réalisées par moulage uniquement dans le collec- teur En effet, comme cela s'est avéré être le cas, on ob- tient, avec ce positionnement, la meilleure suppression de con- trainte surla garniture d'étanchéité entre les embouts de raccordement et la culasse, compte-tenu des dilatations ther- miques différentesdes deux éléments à raccorder Un qau- chissement du collecteur d'échappement et le risque de dé- fauts d'étanchéité locaux au voisinage des garnitures d'étan- chéité sont par conséquent éliminés de façon optimale En outre, on peut se passer d'éléments de renforcement et de nervures sur le collecteur d'échappement ainsi que d'une conformation complexe de la garniture d'étanchéité. Mais naturellement, il entre également dans le cadre de l'invention de réaliser par moulage les ondula- tionsde dilatation également dans les embouts de rac- cordement Les forces de flexion et de cisaillement qui apparaissent sont de ce fait réparties assez unifor- mément dans les différentes sections du collecteur confor- me à l'invention. Le collecteur et les embouts de raccordement sont constitués de façon appropriée par une tôle d'acier austénitiqoe dont la paroi possède une épaisseur comprise entre 0,5 et 1,5 mm et notamment entre 0,6 et 1 mm De ce fait, on meut donner assez facilement au tube la for- me désirée et l'on obtient une élasticité suffisante des ondulations de dilatation. En ce qui concerne la réalisation des embouts de raccordement, il est recommandé que, sur leur extrémité libre, ces derniers comportent un rebord et portent cha- cun urebride libre Naturellement d'autres possibilités de raccordement entrent également dans le cadre de l'inven- tion. Pour fabriquer le collecteur d'échappement con- forme à l'invention, il s'est avéré comme particulièrement approprié de partir d'un tube d'acier, de ménager locale- ment des collets dans ce tube aux emplacements o ultérieu- rement doivent déboucher les embouts de raccordement, de placer ensuite le tube et/ou les embouts de raccordement dans ce moule et de les presser, moyennant l'application d'une surpression intérieure et d'un refoulement axial, con- tre le contour inférieur de ce moule, muni des ondulations réa- lisées conjointement par moulage, et de découper ensuite les parties formant les collets, et de les souder respective- ment aux embouts de raccordement Il entre dans le cadre de l'invention de réaliser le moulage des collets et des ondu- lations de dilatation dans le collecteur en une phase opéra- toire. Pour la réalisation des ondulations de dilatation dans les embouts de raccordement il convient particuliè- rement de partir ici d'un tube en tôle d'acier continu, que l'on presse de la manière décrite ci-dessus dans le moule à ondulations puis de subdiviser le tube entre les ondu- lations de dilatation pour former les différentes tubulures de raccordement et de souder alors les embouts de raccor- dement dans les parties du collecteur dans lesquelles ont été formés les collets. Enfin, on dispose un isolant sur la face exté- rieure du collecteur et des embouts de raccordement Dans le cas le plus simple il s'agit alors de matelas isolants qui sont agrafés sur le tube en tôle et sont éventuellement recouverts par des coques métalliques au niveau de leur fa- ce extérieure. Différents détails et caractéristiques de l'in- vention ressortiront de la description donnée ci-après d'un exemple de réalisation pris en référence au dessin anne- xé, qui représente une vue en perspective d'un collecteur d'échappement conforme à l'invention, et dans laquelle on a re- présenté les deux possibilités de positionnement des ondula- tionsde dilatation, aussi bien sur le collecteur que sur les embouts de raccordement. Le dessin représente un collecteur d'échappe- ment 1, dans lequel, par application d'une surpression in- térieure et moyennant l'utilisation d'un moule extérieur correspondant, plusieurs collets la, lb, lc situés côte-à- côte ont été réalisés par moulage Les extrémités de ces collets possèdent une section transversale approximative- ment circulaire de sorte qu'elles sont de niveau avec les embouts de raccordement associé 2, 3 et 4, et, après leur découpage, peuvent être soudées aux embouts de rac- cordement au moyen d'un simple joint abouté Le dernier embout de raccordement 5 est formé par l'extrémité arriè- re, recourbée de façon correspondante, du collecteur lui- même. Comme on le voit, le collecteur se caractéri- se par le fait qu'il a été réalisé par moulage à partir d'un tube d'un seul tenant, de préférence en t 6 le d'acier, et qu'il possède différentes ondulations 5,7,8 ménagées directement par moulage dans la paroi du tube et qui sont cintrées radialement vers l'extérieur à partir du pourtour du tube Elles peuvent s'étendre de façon enveloppante sui- vant la direction circonférentielle, mais au lieu de cela notamment dans le cas d'une forme courbe du collecteur - il peut être également prévu des ondulations partielles oui s'étendent uniquement sur une partie du pourtour. Dans l'exemple de réalisation, les ondulations de dilatation sont disposées après chaque embouchure d'un embout de raccordement 2, 3, 4 et 5, afin que soit garantie une large compensation des dilatations, en ce qui concerne tous les points de fixation du collecteur d'échappement sur la culasse La représentation du dessin ne montre qu'une ondula- tion Naturellement, on peut également ici prévoir plusieurs ondulations disposées côte-à-côte. Mais il est également particulièrement avantageux de prévoir une ou plusieurs ondulationsde dilatation sur les embouts de raccordement, comme cela est également représen- té sur le dessin avec les références 10, 11, 12 et 13 Ceci permet de s'opposer au mieux à un gauchissement du matériau au niveau du dispositif d'étanchéité entre la culasse et le collecteur d'échappement, et l'acticnd'étanchéité est assu- rée même dans le cas de simples garnitures d'étanchéité pla- tes. Les extrémités des embouts de raccordement com- portent extérieurement un rebord et portent une bride li- bre pour le montage sur la culasse. Comme cela est indiqué notamment pour l'ondulation 6, les ondulations de dilatation peuvent être munies d'une enveloppe formée d'un treillis, d'un tissu ou d'un tricot métallique 15, afin d'assureren ces emplacements élastiques et absorbant les vibrations, un amortissement supplémentai- re contre des bruits de cliquetis, cette enveloppe 15 n'em- pêchant pas l'évacuation de la chaleur et fournissant par ailleurs un degré particulièrement élevé d'amncrtissement en raison du frottement intérieur entre les fils ou filaments constituant l'enveloppe La depense en matériau est particu- lièrement faible et,de même, les moda- lités de raccordement pour le collecteur conforme à l'in- vention n'en sont pas influencées ou perturbées. Enfin, on a encore indiqué sur le dessin l'en- velonpe 14 du collecteur ainsi que ses embouts de raccor- dement pour le calorifugeage et l'isolation acoustique Il s acit d'un matériau isolant qui est apposé sous la forme d'une bande ou d'une coque sur la paroi tubulaire et y est fixé au moyen d'une enveloppe en tôle, par exemple sous la force de demi-coques. La fabrication du collecteur d'échappement peut être réalisée de telle manière que l'on forme des collets dans un tube cylindrique en tôle d'acier traité tout d'abord aux emplacements auxquels ultérieurement doivent être soudés des embouts de raccordement, tandis que ledit tu Jeest re- courbé de façon correspondante sur son extrémité arrière de manière à former le dernier embout de raccordement Pour réaliser les collets, on insère le tube dans ure ondulation qui est constituéede deux moitiés et dans le profil infé- rieur duquel les collets sont réalisés par moulage On presse le tube dans ce moule, moyennant l'application d'une surpression intérieure et éventuellement d'un refoulement axial Ensuite, on découpe suivant une forme rectiligne les régions la, lb et lc dans lesquelles ont été formés les collets, afin de pouvoir les souder aux embouts de raccordement associés 2, 3 et 4 On réalise ces embouts de raccordement à partir d'un tube en tôle d'acier tout d'abord continu, en insérant ce tube dans un moule, dans le profil intérieur duquel le nombre désiré d'ondula- tionsde dilatation est ménagé par moulage Sous l'ef- fet d'une surpression intérieure et d'un refoulement axial simultané, on obtient alors la formation des ondulations de dilatation, et, contrairement à la représentation du des- sin, on peut naturellement disposer non pas une, mais plusieurs ondulations de dilatation les unes derrières les autres Ensuite, on soude les embouts de raccordement au collecteur et on les enveloppe, ainsi que ce dernier, avec un isolant. REVENDICATIONS 1 Collecteur d'échappement destiné à des mo- teurs à plusieurs cylindres de véhicules automobiles et qui comporte plusieurs embouts de raccordement aboutissant à des embouts d'échappement de la culasse, caractérisé par le fait que le collecteur ( 1) est réalisé sous la forme d'un tube en tôle d'une seule pièce comportant des collets locaux (la, lb, lc), que ces collets sont soudés aux embouts de raccordement ( 2,3,4) et que dans le collecteur et/ou dans les embouts de raccordement, plusieurs ondulations de dila- tation ( 6 à 13) s'étendant approximativement suivant la direction circonférentielle sont ménagées directement par moulage dans la paroi en tôle. 2 Collecteur d'échappement suivant la revendi- cation 1, caractérisé par le fait que le collecteur et les embouts de raccordement sont entourés par un isolant ( 14) servant au calorifugeage et à l'amortissement du bruit. 3 Collecteur d'échappement suivant l'une quel- conque des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que sur au moins une partie des ondulations de dilatation ( 6 à 13), une enveloppe constituée en un treillis, un tissu ou un tricot métallique ( 15) estassociée Dar inoulaae en suivant le contour des ondulations au moins le lonu des flancs associés des ondulations ou est réalisée conjointement par moulage lors de la formation des ondulations de dilatation. 4 Collecteur d'échappement suivant l'une quel- conque des revendications l à 3, caractérisé en ce que les ondulationsde dilatation ( 6 à 9) ne sont réalisées par moula- ge que dans le collecteur ( 1). Collecteur d'échappement suivant la revendi- cation 4, caractérisé par le fait qu'au moins une ondulation de dilatation ( 10 à 13) est réalisée par moulage dans les embouts de raccordement ( 2 à 5). 6 Collecteur d'échappement suivant l'une quel- conque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le collecteur ( 1) et les embouts de raccordement ( 2 à 5) sont constituées par une tale d'acier austénitiqoe dont les pa- rois possèdent une épaisseur comprise entre 0,5 et 1,5 mm et comprise notamment entre 0,6 et 1 mm. 7 Collecteur d'échappement suivant l'une quel- conque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'au niveau de leurs extrémités libres, les embouts de rac- cordement ( 2 à 5) comportent un bord rabattu et portent une bride libre. 8 Procédé pour fabriquer un collecteur d'échap- pement suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on forme des collets dans un tube en tale d'acier aux emplacements o doivent déboucher ultérieurement les em- bouts de raccordement, qu'on place le tube ou les embouts de raccordement dans un moule et que moyennant l'action d'une surpression intérieure et d'un refoulement axial, on les presse contre le contour intérieur de ce moule, muni des ondulations formées par moulage, et qu'ensuite on découpe les parties constituant les collets et qu'on les soude aux différen% embouts de raccordement. 9 Procédé pour fabriquer un collecteur d'échap- pement suivant l'une des revendications 1 ou 5, caractérisé par le fait qu'on forme des collet dans le tube en tale d'acier localement aux emplacements oà ultérieurement doi- vent déboucher les embouts de raccordement, et on découpe 3 _ ensuite les parties o sont formés les collets, qu'on place un autre tube en tôle d'acier dans un moule et que, moyen- nant l'application d'une surpression à l'intérieur et d'un refoulement axial, on le presse contre le contour intérieur de ce moule, muni des ondulations ménagees par moulage, au'on subdivise ensuite ledit tube entre les ondulations de dilata- tion pour former les différents embouts de raccordement que l'on soude finalement aux parties, constituant les col- lets, du premier tube. Procédé suivant la revendication 8, caracté- risé par le fait riue les colletset les ondulations de dilatation sont réalisés par formage à froid en une phase de travail.