Brevet FR2664328A1 — publié le 19920110

La présente invention se rapporte à un conduit d'échappement pour moteur à combustion interne, conduit entouré d'une enveloppe étanche au iaz, refroidie par eau, à laquelle il est fixé en plusieurs points de façon à être soumis à froid à une contrainte initiale qui est supprimée à la température de service. Un conduit d'échappement de ce genre est décrit par exemple dans le brevet DE-C-3 635 478 Ce conduit consiste en un certain nombre de segments, composés chacun de deux éléments en forme de gouttière qui, lorsque des brides formées sur leur deux bords longitudinaux sont appliquées l'une contre l'autre, délimitent entre eux la section de passage du conduit Une précontrainte mécanique radiale, créée par écartement à l'assemblage,est compensée à la température de service grâce à la dilatation thermique Des interstices sont ménagés dans le sens axial entre les divers segments, afin de ne pas gêner les déplacements relatifs, dans le sens longitudinal, provoqués par cette dilatation thermique A la température de service, ces interstices sont pratiquement refermés si bien qu'il ne peut fuir que peu de gaz entre le conduit interne et l'enveloppe étanche, refroidie par eau, qui l'entoure Les frais élevés de fabrication et d'assemblage de ce conduit d'échappement représentent un grave inconvénient Par ailleurs, il faut beaucoup de place pour l'assemblage. Le-conduit d'échappement décrit dans le brevet DE-C- 3 743 851 *est constitué d'un élément tubulaire unique, qui sert à faire passer les gaz chauds, d'une tubulure d'échap- pement à une turbine à gaz d'échappement Pour ne pas gêner la dilatation axiale, ce conduit est fixé, à l'enveloppe refroidie par eau qui l'entoure, au moyen de vis qui sont disposées dans un plan transversal A froid, le conduit a un diamètre inférieur à celui du lieu des points de fixa- tion Il subit donc pendant l'assemblage une certaine déformation radiale Cette déformation due à l'encastrement pendant l'assemblage est parfaitement compensée par la dilatation thermique à la température de service et, par conséquent, à cette température de service le conduit est pratiquement exempt de contrainte(s) Un conduit d'échappe- ment de ce genre n'a naturellement qu'une longueur limitée. Si l'on a besoin d'un conduit de plus grande longueur, il faut le composer de plusieurs segments individuels disposés l'un derrière l'autre Mais cela entraîne encore des frais élevés de fabrication et d'assemblage. Le brevet EP-0 185 934 décrit un tuyau flexible formé d'une bande métallique enroulée, qui peut être monté aussi dans des installations utilisant les gaz d'échappe- ment de moteurs à combustion interne Dans un tuyau de ce genre, les spires peuvent se déplacer axialement les unes par rapport aux autres, de façon à ne pas gêner la dilata- tion thermique dans le sens axial Mais il n'est pas indi- qué de quelle manière ce conduit peut être monté pour ne pas subir de contraintes aux températures élevées des gaz d'échappement. La présente invention a pour but de présenter un conduit d'échappement monobloc de longueur quelconque, pou- vant être fabriqué économiquement et assemblé aisément, qui soit essentiellement exempt de contrainte(s) à la tempéra- ture de service. Conformément à l'invention, un conduit d'échappement du genre décrit dans le premier paragraphe du présent exposé est fabriqué à partir d'une bande métallique en- roulée en hélice Afin d'éviter des contraintes provoquées par une dilatation thermique axiale, ce conduit est fixé à l'enveloppe refroidie par eau qui l'entoure de façon que, à froid, les bords de la bande métallique soient séparés par un interstice A la température de service, ces interstices sont complètement refermés afin d'empêcher les gaz de fuir dans l'espace compris entre ce conduit intérieur et l'enve- loppe extérieure Par ailleurs, pour éviter des contraintes dues à la dilatation radiale du conduit, celui-ci est fixé de manière à être soumis à froid à une contrainte radiale initiale, mais que, à la température de service, la dilata- tion thermique compense la déformation provoquée par la compression antagoniste initiale,de façon qu'à cette tem- pérature il soit pratiquement exempt de contrainte(s) Afin de permettre de respecter exactement la valeur de la con- trainte initiale pendant l'assemblage, ainsi que l'inters- tice qui sépare les bords de la bande métallique, un dispo- sitif est destiné à déterminer avec précision l'emplacement des trous de fixation, quelles que soient les tolérances de fabrication Le conduit préalablement enroulé est placé dans un cylindre dont le diamètre intérieur est inférieur d'une quantité désirée au diamètre extérieur de ce conduit à la température de service Les spires d'un ressort à section carrée sont logées dans l'interstice qui sépare les bords de la bande métallique Sous l'effet d'une poussée axiale exercée au moyen d'un piston, le conduit est appliqué contre la surface intérieure du cylindre Dans cette position du conduit, les emplacements des trous de fixation peuvent être déterminés de la manière voulue. Un -exemple nullement limitatif de l'invention va être décrit ci-dessous de manière plus détaillée, en regard des dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est une coupe longitudinale du conduit d'échappement et de l'enveloppe, refroidie par eau, qui l'entoure; la figure 2 est une coupe longitudinale d'un dispo- sitif destiné à déterminer la position des trous qui ser- vent à fixer le conduit à son enveloppe; et la figure 3 est une coupe transversale, par la ligne III-III du dispositif selon la figure 2. La figure 1 représente un conduit collecteur de gaz d'échappement pour moteur à combustion interne Les gaz brûlés qui sortent des cylindres de ce moteur pénètrent par des orifices 1 dans ce conduit 3, qui est entouré d'une enveloppe étanche 2, refroidie par eau Le conduit 3 est formé d'une bande métallique enroulée en hélice Des vis 5 le fixent à des portées faisant saillie de l'enveloppe 2. Des trous 15, destinés à fixer ce conduit 3 au moyen des vis 5, sont avantageusement percés dans l'axe longitudinal de la bande métallique, comme représenté et ils sont décalés les uns des autres de 1800 sur sa périphérie, de sorte qu'il faut par spire deux vis 5 en quinconce Des bouchons 7 obturent les extrémités du conduit 3 Lorsque celui-ci est froid, les bords 6 adjacents de la bande métallique sont séparés par un interstice, comme repré- senté Le conduit 3 est également déformé et ovalisé, car il présente une dimension radiale inférieure à la distance comprise entre les points de fixation à l'enveloppe 2 A la température de service, la dilatation thermique dans le sens radial rend circulaire le tube initialement ovalisé. La dilatation thermique axiale referme exactement aussi l'interstice axial à la température de service Par consé- quent, à cette température de service, le conduit 3 est tout à la fois pratiquement exempt de contrainte(s) et fixé de manière sûre Le fait que ce conduit puisse être fabriqué écono- miquement d'une seule pièce et avoir une longueur quelcon- que est particulièrement avantageux Les orifices 1 et 4 d'entrée et de sortie des gaz d'échappement sont découpés par exemple par poinçonnage-estampage, dans la bande métal- lique avant qu'elle soit enroulée. Le respect de valeurs précises pour la largeur de l'interstice et pour le diamètre extérieur du conduit 7 a une importance décisive pour le bon fonctionnement du conduit 3 Si cet interstice n'était25 pas refermé à la température de service, il en résulterait une déperdition de chaleur, ce qui aurait pour effet de diminuer la puissance utile de la turbine d'un turbocom- presseur, non représenté, alimenté par les gaz d'échap- pement Si, à cause des tolérances de fabrication, la valeur du diamètre extérieur du conduit d'échappement n'est pas respectée, il peut se manifester dans ce conduit de fortes contraintes, indésirables, à la température de service. Il est possible de déterminer avec précision la position des trous 15, destinés à la fixation du conduit 3 à l'enveloppe 2, quelles que soient les tolérances éven- tuelles de fabrication, au moyen du dispositif représenté sur les figures 2 et 3 Le conduit 3, préalablement enroulé, est placé, avec un ressort 13 à section carrée dont les spires sont insérées dans l'interstice, dans un cylindre 12 délimité par une plaque de base l Q et un cou- vercle 11 Le diamètre intérieur de ce cylindre 12 est inférieur d'une quantité déterminée au diamètre du lieu des points de fixation de l'enveloppe 2, de façon que ce con- duit X présente à l'état froid, après assemblage, une déformation prédé- terminée Sous l'effet d'une poussée axiale exercée au moyen d'un piston 14, ce conduit 3 est appliqué contre la surface intérieure du cylindre 12 Dans cette position dudit conduit 3, on détermine bien les emplacements des trous 15 de fixation du conduit à l'enveloppe A cet effet, des trous 16 sont usinés dans la plaque 10 et dans le couvercle 11 Ils servent de gabarits pour les trous 15 correspondants du conduit. Le pas des spires de la bande métallique hélicoïdale correspond avantageusement à la distance qui sépare les cylindres du moteur, mais il peut aussi être un multiple de cette distance. Il va de soi qu'il est possible, sans s'écarter du domaine de l'invention, d'apporter des modifications au conduit d'échappement pour moteur à combustion interne, représenté et décrit. REVENDICATIONS 1 Conduit d'échappement pour moteur à combustion interne, entouré d'une enveloppe étanche aij gaz et refroidie par eau, à laquelle ce conduit est fixé en plusieurs points de façon à être soumis à froid à une contrainte radiale, qui est complètement supprimée à la température de service, conduit ( 3) caractérisé en ce qu'il est composé d'une bande métallique qui est enroulée en hélice pour former un tube, de manière que, à froid, ses bords ( 6) soient séparés par un interstice et que cet interstice soit complètement refermé à la température de service. 2 Conduit d'échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce que les trous ( 15) destinés à le fixer à l'enveloppe ( 2) sont formés dans l'axe longitudinal de la bande métallique et sont disposés sur la périphérie du conduit ( 3), à environ 180 les uns des autres. 3 Procédé de fabrication d'un conduit d'échappement selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par les étapes consistant à utiliser un dispositif, destiné à déterminer la position des trous ( 15) qui servent à fixer le conduit et composé d'un cylindre ( 12), dont le diamètre intérieur est inférieur, d'une quantité correspondant à une contrainte initiale déterminée, au diamètre extérieur du conduit ( 3) à la température de service; à placer dans ce cylindre ( 12) le conduit ( 3) préalablement enroulé, ainsi qu'un ressort ( 13) à section carrée, dont les spires sont logées dans les interstices de ce conduit; à appliquer ledit conduit ( 3) contre la surface intérieure du cylindre ( 12) en exerçant au moyen d'un piston ( 14) une poussée axiale sur les extrémité de ce conduit, et à déterminer, dans cette position du conduit, les emplacements des trous ( 15) de fixation.