Brevet FR2740511A1 — publié le 19970430

DISPOSITIF DE RECIRCULATION DES GAZ D'ECHAPPEMENT D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE La présente invention concerne un dispositif de recirculation des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne destiné notamment à équiper un véhicule automobile. Cette invention concerne plus particulièrement un système de raccordement d'un tuyau ramenant les gaz d'échappement à un collecteur d'admission en matière plastique. Les normes concernant la pollution et la consommation des moteurs à combustion interne équipant les véhicules automobiles, se sévérisent chaque jour davantage dans l'ensemble des pays industrialisés. L'industrie automobile est donc aujourd'hui occupée à trouver des solutions techniques pour répondre à ces obligations et ce, sans trop pénaliser ni les performances des moteurs ni leur prix de revient. On a déjà proposé de réduire les oxydes d'azote NOx, qui forment avec les hydrocarbures imbrûlés HC et le monoxyde de carbone CO les principaux polluants émis par les moteurs à combustion interne, par recirculation d'une partie des gaz d'échappement dans les gaz frais d'admission. Cette technique consiste donc à réinjecter une quantité prédéterminée de gaz brûlés suivant les conditions de fonctionnement du moteur, dans le flux d'air frais alimentant le moteur. En effet, le mélange de gaz brûlés aux gaz frais comburant permet de réduire la proportion de ces derniers au sein du mélange carburé introduit dans la chambre de combustion et donc d'abaisser la température de combustion, ce qui engendre une diminution de la production des NOx ou oxydes d'azote. Le procédé généralement adopté est la "recirculation externe" des gaz d'échappement à l'aide d'une vanne RGE (Recyclage des Gaz d'Echappement ou en anglais Exhaust Gas Recirculation) fermant ou ouvrant un tuyau métallique appelé tuyau RGE reliant le circuit d'échappement du moteur au collecteur d'admission. La vanne RGE est pilotée de façon à doser la quantité des gaz d'échappement admis à recirculer suivant les conditions de fonctionnement du moteur. Le raccordement du tuyau RGE à un collecteur d'admission en matière plastique pose aujourd'hui des problèmes étant donné que le tuyau RGE est porté en cours de fonctionnement à plusieurs centaines de degrés et que les matières plastiques utilisées aujourd'hui pour fabriquer les collecteurs d'admission ne peuvent pas résister à de telles températures. On connaît différentes solutions pour remédier à cette difficulté. On peut ainsi citer le document EP-A-636.825 qui décrit un système de raccordement étanche d'un tuyau RGE à un collecteur d'admission en matière plastique, dans lequel le raccordement se fait par l'intermédiaire d'une cloche externe fixée à l'extrémité du tuyau RGE. Cette cloche qui fait office de bouclier thermique, est insérée dans un orifice de forme correspondant pratiqué dans la paroi du collecteur. Un tel raccordement est plus particulièrement caractérisé par le fait que l'orifice comporte un ressaut interne garni d'un joint annulaire et entouré extérieurement par une margelle ; par le fait que la partie la plus large de la cloche est pourvue d'un rebord externe prenant appui sur le joint annulaire ; et en ce que le rebord externe de la cloche est appliqué contre le joint annulaire par au moins une épingle insérée dans la margelle entourant l'orifice. Un tel raccordement présente toutefois l'inconvénient de requérir une grande précision dans la réalisation des pièces et donc d'être cher à mettre en oeuvre. En effet, les tolérances de fabrication normales affectant les cotes du joint torique, du ressaut, de l'épingle, des découpes dans la margelle ou encore de la cloche, peuvent rendre le logement du joint d'étanchéité trop petit pour ce dernier d'où une impossibilité pour fixer la cloche sur le collecteur, ou bien encore trop grand d'où alors l'existence d'un jeu axial susceptible d'engendrer des vibrations et une mauvaise tenue mécanique des pièces entre elles. La présente invention a donc pour objet de remédier à cet inconvénient de l'art antérieur précité en présentant un dispositif de recirculation des gaz d'échappement comportant un système de raccordement à la fois fiable et étanche, autorisant un montage en toutes circonstances sans jeu axial de la cloche dans son logement, et qui soit d'un faible coût de réalisation. Le dispositif de recirculation des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, selon l'invention comprend un tuyau de recirculation des gaz d'échappement se raccordant à un collecteur d'admission présentant un corps creux réalisé en matière plastique, dans lequel le raccordement se fait par l'intermédiaire d'une cloche fixée à l'extrémité du tuyau de recirculation et venant se loger dans un orifice correspondant pratiqué dans la paroi du corps creux, d'un joint d'étanchéité s'interposant entre la surface périphérique extérieure de la cloche et la surface périphérique intérieure de l'orifice, et de moyens de fixation pour immobiliser la cloche à l'intérieur de l'orifice. Selon l'invention, le dispositif de recirculation des gaz d'échappement est caractérisé en ce que les surfaces de l'orifice et/ou de la cloche venant au contact du joint d'étanchéité comportent des évidements adaptés pour recueillir les déformations ou fluages du joint d'étanchéité générés par l'écrasement axial de ce dernier lors de la fixation de la cloche dans l'orifice correspondant du collecteur d'admission. Selon une autre caractéristique du dispositif de recirculation des gaz d'échappement objet de l'invention, des évidements adaptés pour recueillir les déformations ou fluages du joint d'étanchéité sont agencés à travers les parois intérieures de l'orifice pratiqué à travers le corps du collecteur d'admission contre lesquelles repose le joint d'étanchéité. Selon une autre caractéristique du dispositif de recirculation des gaz d'échappement objet de l'invention, des évidements adaptés pour recueillir les déformations ou fluages du joint d'étanchéité sont agencés à travers les parois de la cloche destinées à venir en appui contre le joint d'étanchéité. Selon une autre caractéristique du dispositif de recirculation des gaz d'échappement objet de l'invention, l'orifice pratiqué à travers le corps du collecteur pour loger la cloche est formé par un manchon venant d'une seule pièce avec ce corps et comportant des moyens d'assise dirigés radialement vers l'intérieur pour recevoir ledit joint d'étanchéité, ces moyens d'assise présentant des surfaces d'appui définissant des évidements adaptés pour recueillir les déformations ou fluages du joint d'étanchéité. Selon une autre caractéristique du dispositif de recirculation des gaz d'échappement objet de l'invention, les moyens d'assise du joint d'étanchéité sont constitués par un épaulement intérieur ménagé dans l'épaisseur du manchon, cet épaulement présentant une pluralité de bossages répartis sur le pourtour de l'épaulement. Selon une autre caractéristique du dispositif de recirculation des gaz d'échappement objet de l'invention, la cloche repose axialement contre le joint d'étanchéité par l'intermédiaire d'une collerette s'étendant en saillie radiale vers l'extérieur à la périphérie de la cloche. Selon une autre caractéristique du dispositif de recirculation des gaz d'échappement objet de l'invention, le diamètre extérieur de la collerette entourant la cloche est dimensionné de façon à être légèrement supérieur au diamètre extérieur du joint d'étanchéité de façon à venir recouvrir entièrement ce dernier. Selon une autre caractéristique du dispositif de recirculation des gaz d'échappement objet de l'invention, la surface intérieure du manchon comporte trois tronçons cylindriques coaxiaux de diamètres distincts délimités par deux épaulements, le premier tronçon de plus petit diamètre étant adapté pour loger le corps de la cloche, le second tronçon étant adapté pour recevoir le joint d'étanchéité et le troisième tronçon de plus grand diamètre étant adapté pour permettre le passage de la collerette entourant la cloche. On comprendra mieux les buts, aspects et avantages de la présente invention, d'après la description présentée ci-après d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels La figure 1 est une vue partielle en coupe longitudinale d'un collecteur d'admission selon l'invention la figure 2 est une vue en coupe partielle du collecteur d'admission selon la figure 1, montrant le raccordement du tuyau RGE sur le collecteur d'admission. Conformément aux dessins annexés, seuls les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention ont été représentés. De plus, pour faciliter la lecture de ces dessins, les mêmes pièces portent les mêmes références d'une figure à 1 'autre. En se reportant aux figures 1 et 2, on voit un collecteur d'admission référencé 1 pour un moteur à combustion interne (à allumage commandé ou à allumage par compression) équipant par exemple un véhicule automobile. Ce collecteur 1 réalisé en matière plastique comporte un corps 2 venu de moulage. Le collecteur d'admission visé dans le cadre de la présente invention peut être constitué par tout type de matière plastique adaptée à cette utilisation telles que des thermoplastiques (polyamides, polysulfures de phénylène) ou des thermodurcissables. Ces exemples de matériaux ne sont toutefois pas limitatifs. Le corps 2 comporte classiquement une vaste cavité intérieure ou chambre de distribution 3 de forme sensiblement cylindrique, destinée à s'étendre parallèlement à la culasse du moteur, et une pluralité de tubulures non représentées dirigées sensiblement perpendiculairement à la chambre de distribution 3 pour mettre en communication cette dernière avec les conduits d'admission correspondants ménagés dans la culasse. Le corps 2 comporte en outre un orifice d'arrivée 4 de l'air frais comburant s'étendant à une de ses extrémités axiales, cet orifice 4 étant destiné à être raccordé à un filtre à air également non figuré, directement ou par l'intermédiaire d'une tubulure souple adaptée (avec éventuellement l'interposition d'un boîtier papillon). Suivant l'invention, le corps 2 reçoit également au moins l'extrémité d'un tuyau cylindrique 14 de recirculation des gaz d'échappement encore appelé tuyau RGE 14 dont l'autre extrémité non figurée est connectée au circuit d'échappement du moteur. Dans l'exemple de réalisation représenté, l'extrémité du tuyau 14 est raccordée sensiblement dans le plan médian du collecteur d'admission 1, au voisinage de l'orifice d'arrivée 4 de l'air froid. Cette disposition n'est toutefois pas limitative et peut être replacée par toute autre. La partie d'embout du tuyau 14 se logeant dans le corps 2 du collecteur d'admission 1 est munie d'une cloche 13 de forme essentiellement cylindrique venant entourer coaxialement l'extrémité du tuyau 14. La cloche 13 qui est fixée à l'extrémité du tuyau 14, par exemple par soudage ou par brasage, joue un rôle de bouclier thermique entre le tuyau 14 où circule des gaz chauds pouvant atteindre des températures d'environ 300 à 5000C environ suivant les types de moteur, et la paroi du corps 2 en matière plastique du collecteur d'admission 1, à l'endroit où le tuyau 14 pénètre dans le collecteur 1. Le tuyau 14 et la cloche 13 sont réalisés dans des matériaux résistants à la chaleur et à la corrosion des gaz d'échappement. Avantageusement, le tuyau 14 et la cloche 13 sont des pièces métalliques et de préférence en acier inoxydable. La cloche 13 est positionnée à l'intérieur d'un orifice d'arrivée en forme de manchon 5 de dimensions correspondantes venant d'une seule pièce avec le corps 2 et destiné à entourer sans contact la cloche 13. Le montage de la cloche 13 est réalisé avec des moyens d'étanchéité tel qu'un joint 11 s'interposant entre la surface périphérique extérieure de la cloche 13 et la surface périphérique intérieure du manchon 5, et des moyens de fixation ou de retenue 12 immobilisant la cloche 13 à l'intérieur du manchon 5 telle qu'une épingle 12. Le joint d'étanchéité 11, par exemple de type torique, repose contre des surfaces d'appui correspondantes du manchon 5 et assure toute à la fois, l'étanchéité radiale (son diamètre intérieur étant légèrement inférieur au diamètre extérieur de la cloche 13 et son diamètre extérieur légèrement supérieur au diamètre intérieur correspondant du manchon 5), le centrage pour empêcher tout contact entre la paroi latérale de la cloche 13 et la paroi intérieure du manchon 5, ainsi que l'appui axial de la cloche 13 de façon à limiter l'enfoncement de cette dernière à l'intérieur du manchon 13. Ce joint d'étanchéité annulaire 11 est classiquement constitué par un matériau élastique ayant une bonne résistance à la température, par exemple un élastomère fluoré ou encore des matériaux vendus sous la marque VITON. La surface intérieure du manchon 5 présente une section évolutive depuis l'intérieur du corps 2 proprement dit jusqu'à son extrémité libre 9, selon au moins trois tronçons 15, 25 et 35 cylindriques coaxiaux de diamètres intérieurs croissants, délimités par deux épaulements droits successivement 6 et 8. Le premier tronçon 15 de plus petit diamètre est adapté pour loger le corps de la cloche 13. Le second tronçon 25 est lui adapté pour recevoir le joint d'étanchéité 11 qui vient reposer en appui contre l'épaulement 6 définissant l'assise dudit joint 11 ; quant au troisième tronçon 35 de plus grand diamètre, il est adapté pour le passage de la collerette 16 entourant la cloche 13 grâce à laquelle cette dernière prend appui axialement sur le joint d'étanchéité 11. L'épaulement 6 sur lequel repose le joint 11 et qui s'étend sensiblement perpendiculairement à l'axe longitudinal du manchon 5 présente selon l'invention, une pluralité de bossages ou d'ergots 7 tous identiques de forme adaptée, régulièrement répartis en saillie axiale sur tout le pourtour de l'épaulement 6 et faisant pièce avec ce dernier, ces bossages 7 constituant les surfaces d'appui effectives de l'épaulement 6 pour le joint 11. Les surfaces d'appui contre lesquelles repose le joint d'étanchéité 11 peuvent toutefois être de forme et de réalisation différentes (discontinues ou continues, etc.) étant entendu qu'elles doivent définir des évidements suffisants, tels que les espaces ménagés entre les bossages 7, pour recueillir les déformations axiales du joint 11 lors de la mise en place de la cloche 13. Ainsi, il est possible de réaliser des surfaces d'appui équivalentes en travaillant la forme de l'épaulement 6 non pas en relief mais en creux en prévoyant des cavités dans l'épaisseur de la paroi du manchon 5 débouchant à la surface de cet épaulement 6. De la même façon, on peut intégrer ces évidements, pour toute ou partie, sur les autres surfaces d'appui du joint 11 et notamment sur la collerette 16 de la cloche 13 en adaptant la forme de celle-ci : ondulations, perçages, échancrures, etc. On peut également de façon équivalente adapter les formes de la paroi latérale intérieure du second tronçon 25 ou de la paroi latérale extérieure de la cloche 13 contre lesquelles repose le joint 11 et ce, notamment en y aménageant des formes adaptées en creux ou en relief s'étendant radialement. Ces évidements ménagés à travers les parois constitutives du logement du joint 11 sont dimensionnés en tenant compte des différents intervalles de tolérances affectant chacune des pièces, de façon à recevoir toutes les déformations ou fluages du joint 11 faisant suite au serrage axial de ce dernier lors de l'immobilisation en position de la cloche 13 dans le manchon 5. Ainsi, grâce à cette disposition suivant l'invention, il est donc possible, quelles que soient notamment les cotes effectives des différentes pièces, de réaliser le raccordement de la cloche 13 sur le corps 2 du collecteur d'admission 1 en toutes circonstances, sans jeu axial, tout en assurant le serrage radial du joint 11 entre la cloche 13 et le tronçon correspondant 25 du manchon 5. La collerette 16 s'étendant en saillie radiale vers l'extérieure ménagée à l'extrémité de la cloche 13 opposée au collecteur d'admission, est donc adaptée pour venir prendre appui contre la surface libre du joint 11 de façon à limiter l'enfoncement de la cloche 13 dans le manchon 5. Afin d'assurer le meilleur appui possible et ne pas abîmer le joint 11, le diamètre extérieur de la collerette 16 est dimensionné pour être légèrement supérieur au diamètre extérieur du joint 11 assemblé dans son logement 25 de façon à venir recouvrir entièrement ce dernier. Pour permettre le passage de la collerette 16 et pour éviter que celle-ci ne vienne en contact du manchon 5, le troisième tronçon 35 s'étendant entre le bord libre 9 et le second épaulement 8 est adapté pour présenter un diamètre intérieur légèrement supérieur au diamètre extérieur de la collerette 16. Par ailleurs, le second tronçon 25 est adapté notamment pour ce qui est de sa longueur axiale pour permettre à la collerette 16 de venir au contact du joint 11 en toutes circonstances et éviter ainsi tout jeu axial de la cloche 13 vis-àvis du manchon 5. L'immobilisation de la cloche 13 par rapport au manchon 5 est réalisée par des moyens de fixation adaptés qui peuvent revêtir plusieurs formes : quart de tour, écrou, agrafe, etc. Dans l'exemple de réalisation représenté, ces moyens de fixation sont formés par au moins une épingle 12 qui est insérée transversalement à travers des ouvertures adaptées 10 ménagées à travers la paroi du troisième tronçon 35 et qui vient appuyer contre la collerette 16 sur sa face opposée au joint 11. Cette épingle 12 est par exemple réalisée par un fil métallique rigide de section rectangulaire replié en forme de U de sorte que l'écartement des deux branches du U soit inférieur au diamètre extérieur de la collerette 16. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. REVENDICATIONS [1] Dispositif de recirculation des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, du type comportant un tuyau de recirculation (14) des gaz d'échappement se raccordant à un collecteur d'admission (1) présentant un corps creux (2) réalisé en matière plastique, dans lequel le raccordement se fait par l'intermédiaire d'une cloche (13) fixée audit tuyau de recirculation (14) et venant se loger dans un orifice (5) correspondant pratiqué dans la paroi dudit corps creux (2), d'un joint d'étanchéité s'interposant entre la surface périphérique extérieure de ladite cloche (13) et la surface périphérique intérieure dudit orifice (5), et de moyens de fixation pour immobiliser ladite cloche (13) à l'intérieur dudit l'orifice (5), caractérisé en ce que les surfaces (25,6,16) dudit orifice (5) et/ou de ladite cloche (13) venant au contact dudit joint d'étanchéité (11) comportent des évidements adaptés pour recueillir les déformations ou fluages dudit joint d'étanchéité (11) lors de la mise en place desdits moyens de fixation (12). [2] Dispositif de recirculation des gaz d'échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce que des évidements adaptés pour recueillir les déformations ou fluages dudit joint d'étanchéité (11) sont agencés à travers les parois intérieures (6,25) dudit orifice (5) contre lesquelles repose ledit joint d'étanchéité (11). [3] Dispositif de recirculation des gaz d'échappement selon l'une quelconques des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que des évidements adaptés pour recueillir les déformations ou fluages dudit joint d'étanchéité (11) sont agencés à travers les parois (16) de ladite cloche (13) destinées à venir en appui contre ledit joint d'étanchéité (11). [4] Dispositif de recirculation des gaz d'échappement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit orifice pratiqué à travers le corps creux (2) du collecteur d'admission (1) est formé par un manchon (5) venant d'une seule pièce avec ledit corps creux (2) et comportant des moyens d'assise (6) dirigés radialement vers l'intérieur pour recevoir ledit joint d'étanchéité (11), lesdits moyens d'assise (6) présentant des surfaces d'appui (7) définissant lesdits évidements adaptés pour recueillir les déformations ou fluages dudit joint d'étanchéité (11) [5] Dispositif de recirculation des gaz d'échappement selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens d'assise sont constitués par un épaulement intérieur (6) ménagé dans l'épaisseur dudit manchon (5), ledit épaulement (6) comportant une pluralité de bossages (7) régulièrement répartis. [6] Dispositif de recirculation des gaz d'échappement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite cloche (13) repose axialement contre le joint d'étanchéité (11) par l'intermédiaire d'une collerette (16) s'étendant en saillie radiale vers l'extérieur à la périphérie de ladite cloche (13). [7] Dispositif de recirculation des gaz d'échappement selon la revendication 6, caractérisé en ce que le diamètre extérieur de ladite collerette (16) est dimensionné de façon à être légèrement supérieur au diamètre extérieur dudit joint d'étanchéité (11) de façon à venir recouvrir entièrement ce dernier. [8] Dispositif de recirculation des gaz d'échappement selon la revendication 7, caractérisé en ce que la surface intérieure dudit manchon (5) comporte trois tronçons (15,25,35) cylindriques coaxiaux de diamètres distincts délimités par deux épaulements (6,8), le premier tronçon (15) de plus petit diamètre étant adapté pour loger le corps de ladite cloche (13), le second tronçon (25) étant adapté pour recevoir ledit joint d'étanchéité (11) et le troisième tronçon (35) de plus grand diamètre étant adapté pour permettre le passage de ladite collerette (16) entourant ladite cloche (13).