Brevet FR2549530A1 — publié le 19850125

Tubulure d'échappement pour moteurs de véhicules automobiles. L'invention se rapporte à une tubulure d'échappement destinée a des moteurs de vehicules automobiles et constituée -d'une tôle en acier résistant à la chaleur ayant notamment plusieurs raccords menant aux ouvertures d'échappement de la culasse. Une tubulure d'échappement de ce type a été proposée sous des formes de réalisation diverses, notamment aussi avec des ondulations de dilatation intégrées à la paroi en tale, afin de compenser les différences de dilatation à la chaleur de la tubulure d'échappement d'une part, et des parties qui y sont raccordées, notamment-de la culasse d'autre part..tde- mande de brevet en République Fédérale d'Allemagne No. 32 35 332.4). Ces tubulures d'échappement se caractérisent par un faible poids et par de faibles coûts de fabrication. D'autre part, des essais sur des tubulures d'échappement de ce type en tôle d'acier ont montré qu'elles présentent pas une stabilité suffisante lorsqu'elles sont soumises à une température élevée et qu'elles tendent à présenter des phénomènes de deformation. Ceci sera explicité d'une manière plus détaillée dans la suite sur l'exemple d'un collecteur d'échappement. Bien entendu, ces phénomènes se produisent également dans d'autres tronçons de la tubulure d'échappement qui subissent des contraintes thermiques très- grandes. Alors que la culasse reste, en raison du système de refroidissement qui y est incorporé, à un niveau de température relativement bas et ne subit, en conséquence, qu'une dilatation comparativement petite, le collecteur d'échappement est porté par les gaz résiduaires chauds jusqu'à une température de 1000oye environ. Cela est le cas notamment dans des collecteurs en tôle d'acier qui sont isolés sur leur partie extérieure. Le collecteur tend ainsi à se dilater bien plus que la culasse. Mais cette dilatation ne peut s'effectuer, en raison de la liaison relativement rigide entre le collecteur d'échappement et la culasse que dans la mesure où la culasse le permet.Les forces de dilatation qui subsistent dans le collecteur entraînent, en raison de la limite d'élasticité de la tôle formant collecteur qui diminue aux températures élevées men tionnées, une déformation permanente prenant la forme d'un refoulement. Lorsque le collecteur se refroidit et lorsque la résistance du matériau formant collecteur augmente à nouveau, ce refoulement fait que le collecteur tend à se rétracter plus que la culasse à laquelle il est relié rigidement. I1 se forme donc, dans le collecteur froid, des contraintes de traction qui font que le collecteur se rétracte sur soi-même, lors du démontage. Les perçages des raccords du collecteur ne sont alors plus alignées avec les boulons filetés de la culasse et le démontage, mais surtout le remontage du collécteur,est rendu très difficile. Ce phénomène se fait sentir, d'une manière particulièrement forte, dans des moteurs scellé à tubulure d'échappement isolée, car il se produit alors des températures et des différences de dilatation thermiques sensiblement plus élevées. Les mêmes phénomènes se produisent par exemple aussi dans des tubulures d'échappement qui sont montées dans des moteurs en V, à titre de pièces de liaison entre les collecteurs d'échappement des deux culasses. Alors que la distance entre les deux collecteurs d'échappement ne subit qu'une dilatation faible, en raison des culasses refroidies qui la maintiennent, il se produit dans le conduit de liaison lui-même, en raison des gaz d'échappement chauds, une température sensiblemen-t plus élevée et, en conséquence, une dilatation plus forte. Il en résulte également des déformations et des contraintes permanentes entre les points de raccordement, comme décrit ci-dessus. L'invention vise à pallier ces inconvénients. On cherche donc notamment à éliminer les déformations permanentes se produisant après le refroidissement de la tubulure d'échappement. Ce problème est résolu, suivant ltinvention, en ce que les extrémités de la tubulure d'échappement sont reliées rigidement l'une à l'autre par au moins un appui s'étendant le long de la partie extérieure de la tubulure, et à distance de celle-ci. Cet appui n'est en contact direct que par ses extrémités avec la tubulure d'échappement et reste donc à un niveau de température sensiblement plus bas que la tubulure d'échappement elle-même. Cela signifie que l'appui ne prend pas part au retrait décrit précédemment en raison de la diminution de résistance du matériau et qu'il peut ramener la tubulure d'échappement, après le refroidissement,! sa longueur d'origine.La distance entre l'appui et la tubulure d'échappement sert à l'isolation thermique, que ce soit par de l'air, ou que ce soit par un matériau isolant spécial. Si l'appui est enrobe de matériau isolant, cette distance peut être nulle. Pour maintenir à une faible valeur le retrait de la tubulure d'échappement ou ltexclure tout à fait, il suffit simplement que la résistance axiale de l'appui soit supérieure à celle de latubulure d'échappement. Ceci peut être réalisé, d'une manière simple, du point de vue de la technique de fabrication et de construction. C'est ainsi que la tubulure formant collecteur peut être conformée de manière continue ou de manière déformable axialement par tronçons, avec l'avantage supplémentaire qu'il ne peut pas se produire non plus de grandes forces de flambage. Avantageusement, l'appui est une barre métallique dont les extrémités recourbées sont soudées à la tubulure d'échappement. Pour des raisons de symétrie, on utilise, de préférence, deux barres opposées l'une à l'autre qui, le cas échéant, s'étendent dans un plan perpendiculaire au plan des raccords latéraux de la tubulure d'échappement. On a en outre aussi la possibilité de fabriquer l'appui en plusieurs pièces partielles qui se succèdent en forme de pont et qui sont reliées respectivement par leurs extrémités à la tubulure formant collecteur. Dans les tubulures d'échappement qui sont munies d'ondulations de dilatation, s'étendant suivant la direction du pourtour en vue de la compensation de la dilatation thermique, la fixation des appuis suivant l'invention est particulièrement avantageuse, parce que seules de faibles forces de réglage doivent être absorbées par l'appui pour ramener, après le refroidissement, la tubulure d'échappement relativement déformable à sa longueur d'origine. I1 faut simplement faire en sorte que les ondulations de dilatation soient recouvertes respectivement par l'appui ou par les appuis afin d'assurer la fixation en position. Un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'appui, dans des tubulures d'échappement à raccords latéraux, est caractérisé en ce qu'il est constitué par une plaque d'appui continue et en serrant les raccords. La plaque d'appui peut former en même temps les brides de raccordement des divers raccords. On a en outre la possibilité de prolonger la plaque d'appui jusqu'à la bride de raccordement de la tubulure formant collecteur et de la faire se transformer d'une pièce en-celle-ci. On obtient ainsi une forme de construction particulièrement favor-able du point de vue des coût qui exclut, d'une manière fiable, non seulement des phénomènes de déformation sur les raccords menant à la culasse, mais qui soutient également la bride de raccordement de la tubulure formant collecteur qui, le plus souvent, est chargée par la tubulure d'échappement suivante. Enfin, on a aussi la possibilité, dans des tubulures d'échappement à raccords de dérivation latéraux, de faire se poursuivre l'extrémité postérieure en un prolongement cylindrique. On harmonise ainsi le comportement à la dilatation du raccord situé le plus à l'arrière, avec celui des autres raccords. En outre, ce prolongement cylindrique peut être utilisé pour la fixation de l'appui qui s'y termine, pour autant que l'on ne constitue pas l'appui sous la forme d'une plaque d'appui enserrant et reliant les raccords. Enfin, il entre également dans le cadre de l'invention de munir la tubulure d'échappement d'un isolement extérieur et d'une autre enveloppe maintenant celle-ci. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortent de la description qui va suivre, d'une tubulure d'échappement sous la forme d'un collecteur, au moyen des dessins dans lesquels la figure 1 est une vue en perspective du collecteur d'échappement ayant deux appuis continus la figure 2 est une vue en élévation axiale du collecteur suivant la figure 1 la figure 3 est une vue en perspective du collecteur ayant deux appuis assemblés la figure 4 est une vue en élévation axiale du collecteur suivant la figure 3 la figure 5 est une vue en perspective d'un collecteur d'échappement ayant un appui sous la forme d'une plaque formant bride. Comme le montre le dessin, le collecteur d'échappement est constitué d'une tubulure formant collecteur d'échappement 1, dont dérivent plusieurs raccords 2, 3, 4 et 5. La liaison des raccords avec la tubulure formant collecteur s'effectue, dans l'exemple de réalisation, en refoulant plusieurs collets la, lb, lc de la tubulure formant collecteur 1 par surpression intérieure et en utilisant un moule extérieur correspondant. Les extrémités de ces collets présentent une section transversale ayant sensiblement la forme d'un cercle, de sorte qu'elles sont alignées avec les raccords associés et qu'après découpage, elles peuvent être soudées aux raccords par un simple soudage bout à bout. Devant chaque embouchure d'un raccord, est disposée, devant la tubulure formant collecteur 1, une ondulation de dilatation 6, 7, 8, 9. Ces ondulations de dilatation peuvent être formées sur la tubulure formant collecteur en même temps que les collets décrits précédemment. En outre, les raccords 2, 3-, 4 et 5 sont munis respectivement d'une ondulation de dilatation afin de pouvoir compenser, de manière optimale, le comportement différent à la dilatation des diverses zones formant collecteur. Afin d'éliminer les phénomènes de déformation du collecteur d'échappement décrit précédemment et se produisant en raison de l'action des températures élevées, les deux extrémités 10 et 11 de la tubulure formant collecteur sont reliées l'une à l'autre par deux appuis opposés l'un à l'autre et s'étendant axialement, affectant la forme de barres rectangulaires 12 et 13. Les deux barres 12 et 13 présentent des extrémités recourbées, de sorte qu'elles peuvent passer avec jeu sur les ondulations de dilatation et ne sont en contact avec la tubulure formant collecteur que par leur extrémité soudée. Elles sont ainsi exposées à des températures nettement plus basses que la tubulure formant collecteur elle-même, notamment quand l'espace intermédiaire compris entre les barres 12 et 13 et la tubulure formant collecteur 1 est muni d'une isolation. Cette isolation est indiquée en traits mixte à la figure 1. Les barres 12 et 13 permettent d'être sûr que la position des raccords reste inchangée, même après de nombreux cycles de température. Le collecteur d'échappement peut donc être toujours remonté facilement et le raccordement à la culasse est déchargé, dans une grande mesure, de forces de cisaillement, ce qui favorise l'étanchéité du raccordement. La figure 2 represente en détail l'agencement de ce raccordement. Le raccord porte un collet 2a qui est enfilé et ensuite vissé à la manière habituelle sur les boulons filetés de la culasse. Bien entendu, on peut envisager également ici d'autres possibilités de fixation. La figure 3 représente le même collecteur d'échappement, mais avec un-autre agencement de l'appui. Il est constitué dans ce cas de plusieurs pièces partielles 14, 15 et 16 se succédant suivant l'axe. Grâce à la subdivision de l'appui, on diminue le danger de flambage lors du refroidissement du collecteur. A la figure 5, l'appui est constitué d'une plaque formant bride 17 qui enserre les extrémités des raccords et fait fonction de bride de raccordement et qui est en même temps prolongée jusqu'à la bride de raccordement de la tubulure de sortie formant collecteur et se transforme d'une pièce en cette bride de raccordement. L'appui remplace donc toutes les brides du collecteur d'échappement. En outre, la région de sortie de la tubulure formant collecteur doit supporter une partie considérable du poids de la tubulure d'échappement qui s'y raccorde et est soutenue.lette rigidification diminue les secousses auxquelles est exposée l'installation d'échappement au cours du dé- placement et en augmente la longévité. REVENDICATIONS 1. Tubulure d'échappement destinée à des moteurs de véhicules automobiles et constituée d'une tôle d'acier résistant à la chaleur ayant, notamment, plusieurs raccords menant aux ouvertures d'échappement de la culasse, caractérisée en ce que les extrémités (10, 11) de la tubulure d'échappement (1) sont reliées rigidement l'une à l'autre par au moins un appui (12 à 17) s'étendant le long de la partie extérieure de la tubulure, et à distance de celle-ci. 2. Tubulure d'échappement suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la résistance mécanique axiale de l'appui (12 à 17) est supérieure à celle de la tubulure d'échappement (1). 3. Tubulure d'échappement suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'appui est constitué d'une barre métallique (12, 13) dont les extrémités recourbées sont soudées à la tubulure d'échappement 4. Tubulure d'échappement suivant la revendication 3, caractérisée en ce que deux barres métalliques (12, 13) sont montées opposées l'une à l'autre en s'étendant, le cas échéant, dans un plan perpendiculaire au plan des raccords. 5. Tubulure d'échappement suivant l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'appui est constitué de plusieurs pièces partielles (14, 15, 16) en forme de pont, se succédant suivant l'axe et dont les extrémités sont reliées respectivement à la tubulure d'échappement (1). 6. Tubulure d'échappement suivant la revendication 1, ayant plusieurs ondulations de dilatation s'étendant sensiblement suivant-la direction du pourtour, caractérisée en ce que ces ondulations de dilatation (6, 7, 8, 9) sont recouvertes par les appuis (12 à 16). 7. Tubulure d'échappement suivant l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'extrémité opposée à la bride de raccordement (18) porte un prolongement (11) cylindrique. 8. Tubulure d'échappement suivant la revendication 1, comprenant plusieurs raccords menant aux ouvertures d'échappement de la culasse, caractérisée en ce qu'à la place de l'appui reliant les extrémités du collecteur est montée une plaque d'appui (17) continue enserrant les raccords (2, 3, 4, 5). 9. Tubulure d'échappement suivant la revendication 8, caractérisée en ce que la plaque d'appui (17) forme en même temps les brides de raccordement des raccords (2, 3, 4, 5). 10. Tubulure d'échappement suivant l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'appui se prolonge jusqu'à la bride de raccordement (18) de la tubulure d'échappement (1). 11. Tubulure d'échappement suivant la revendication 10, caractérisée en ce que l'appui (17) se transforme d'une pièce en la bride de raccordement (18). 12. Tubulure d'échappement suivant l'une des revendications 9 à 11, caractérisée en ce que la plaque d'appui (17) est coudée, conformément à la position des brides et au trajet de la tubulure (1).