Brevet FR2751376A1 — publié le 19980123

Tubulure coudée de gaz d'échappement pour le guidage des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne L'invention concerne une tubulure coudée de gaz d'échappement pour le guidage des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, comprenant au moins un tuyau et au moins deux brides d'entrée disposées en étant espacées l'une de l'autre et pouvant être fixées sur un cylindre pour le raccordement du tuyau à au moins deux conduits de sortie des cylindres du moteur à combustion interne, disposés en étant espacés l'un de l'autre, ainsi qu'une bride de sortie reliée au tuyau pour le raccordement d'un tuyau de gaz d'échappement. La publication EP 0 582 985 A1 décrit une tubulure coudée de gaz d'échappement pour le guidage des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, laquelle tubulure coudée de gaz d'échappement se compose d'une tubulure intérieure coudée comprenant plusieurs coques intérieures et d'une coque extérieure entourant lesdites coques intérieures en laissant un espace, laquelle coque extérieure est constituée d'éléments de coque reliés entre eux au niveau de leurs bords, et qui entoure la coque intérieure au niveau de ses extrémités guidées dans des moyens formant brides. La tubulure intérieure coudée est raccordée, par des brides d'entrée, à plusieurs conduits de sortie des cylindres du moteur à combustion interne disposés de façon espacée l'un de l'autre, et elle est raccordée à un tuyau de gaz d'échappement au moyen d'une bride de sortie. A l'exception d'une zone des brides d'entrée et d'une zone de la bride de sortie, la tubulure intérieure coudée et la coque extérieure sont espacées l'une de l'autre, grâce à quoi un espace 2 2751376 intermédiaire est aménagé qui peut servir à l'isolation par un espace d'air ou qui peut être rempli d'un isolant, de manière à empêcher un transfert de chaleur, de la paroi de la tubulure intérieure coudée sur la coque extérieure. La tubulure intérieure coudée ainsi que la coque extérieure sont en tôle, de sorte que la coque extérieure a une épaisseur de paroi plus grande que la tubulure intérieure coudée. Dans le cas du dispositif connu, la forme de la coque extérieure, dans la zone de sortie, est configurée de façon telle que, dans le sens du passage des gaz d'échappement, des sections se trouvant l'une derrière l'autre sont approximativement identiques et ont un contour de forme à peu près circulaire. La coque extérieure se compose de deux demi-coques qui sont assemblées dans les zones constituant leurs bords, o la section de la coque extérieure, dans ces zones, comprend la plus grande accumulation de matériau. Ainsi, la coque extérieure oppose à une contrainte de force extérieure, dans la direction de l'axe reliant les zones des bords, la plus grande résistance possible à la flexion. Conditionnée par le principe de l'isolation par un espace d'air, la coque extérieure s'étend dans des zones éloignées en étant non supportée, c'est pourquoi ladite coque extérieure, dans le cas de forces s'exerçant dans des directions diverses, subit rapidement une fatigue du matériau due à des vibrations propres et à des vibrations de résonance. Cet inconvénient du dispositif connu apparaît notamment lorsque la construction du moteur à combustion interne rend nécessaire une réalisation en longueur de la zone de sortie de la tubulure coudée de gaz d'échappement. Le but de l'invention est donc de perfectionner une tubulure coudée de gaz d'échappement pour le guidage des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, comprenant au moins un tuyau et au moins deux brides 3 2751376 d'entrée disposées en étant espacées l'une de l'autre et pouvant être fixées sur un cylindre pour le raccordement du tuyau à au moins deux conduits de sortie des cylindres du moteur à combustion interne, disposés en étant espacés l'un de l'autre, ainsi qu'une bride de sortie reliée au tuyau pour le raccordement d'un tuyau de gaz d'échappement, le perfectionnement étant tel que la durée de vie de la tubulure coudée de gaz d'échappement est augmentée. Ce but est atteint par une tubulure coudée de gaz d'échappement pour le guidage des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne par le fait que, dans une zone de sortie de la tubulure coudée de gaz d'échappement, la section du tuyau comprend des diamètres nettement différents -sur des premier et second axes de section orthogonaux, par le fait que les diamètres de sections successives, dans le sens de l'écoulement, se rapprochent de façon continue l'un de l'autre et par le fait que, dans une zone de sortie, dans la partie terminale de la tubulure coudée de gaz d'échappement, lesdits diamètres sont identiques. Selon une forme de réalisation préférée de l'objet de l'invention, il est prévu que le tuyau soit constitué d'un tuyau intérieur et d'une coque extérieure entourant ce tuyau intérieur, servant de support mécanique de la tubulure coudée de gaz d'échappement, o la coque extérieure est composée au moins de deux éléments de coque reliés entre eux au niveau de leurs bords et o la coque extérieure entoure le tuyau intérieur au niveau de ses extrémités guidées dans les moyens formant brides et o un espace est formé entre le tuyau intérieur et la coque extérieure pour l'isolation par un espace d'air. Dans le cas d'une telle configuration, le comportement à l'isolation à la chaleur de la tubulure coudée de gaz d'échappement est amélioré. 4 2751376 La section de la coque extérieure, dans la zone de sortie, est étendue dans la direction de l'action extérieure des forces sur la tubulure coudée de gaz d'échappement, grâce à quoi un moment élevé de résistance de la coque extérieure s'oppose à la contrainte. En partant d'un diamètre le plus grand possible de la section de la coque extérieure, la section, dans le sens du passage de la tubulure coudée de gaz d'échappement, est réduite de façon continue et atteint finalement son minimum dans une section de départ voisine de la bride de sortie. La section de départ présente un contour de forme circulaire de la coque extérieure et elle est inchangée sur la suite de son parcours jusqu'a une zone terminale de la tubulure coudée raccordée à une bride de sortie. La diminution continue de l'étendue du diamètre a lieu ici suivant une importance qui empêche la formation de pointes de compression par tension dans le matériau de la coque extérieure en raison de modifications de section trop importantes. Le contour de la section de la coque extérieure est configuré de préférence en étant symétrique à un axe de section correspondant au petit diamètre ou aussi, en outre, à un axe de section correspondant au grand diamètre. L'avantage est considéré ici, non seulement du point de vue de la facilité de fabrication mais aussi en considérant le fait que des contraintes de flexion, dues à des charges extérieures, sont réparties de façon harmonique sur la section. De façon avantageuse, la coque extérieure se compose de deux éléments de demi-coques, o les bords des éléments des demi-coques sont rabattus vers l'extérieur et sont reliés entre eux à plat. Si les surfaces de jonction des bords des demi-coques se trouvent sur l'axe de section correspondant au diamètre plus court, lesdites surfaces, par accumulation de matériau dans les zones de leurs bords, en raison du bordage, augmentent la résistance à la flexion de la coque extérieure en direction de cet axe de section. Dans une configuration particulièrement préférée, un tuyau intérieur guidant des gaz d'échappement est disposé de façon concentrique par rapport au point d'intersection des axes de section de la coque extérieure, lequel tuyau intérieur présente de préférence une section de forme circulaire. Un espace est constitué pour l'isolation par un espace d'air entre le tuyau intérieur et la coque extérieure, lequel espace est augmenté en direction du plus grand diamètre de la coque extérieure de façon correspondant à l'extension de la section de la coque extérieure. En raison de l'espace d'air augmenté, le rayonnement thermique du tuyau intérieur sur la coque extérieure est réduit et, en conséquence, la transmission de chaleur, de la coque extérieure sur l'environnement de la tubulure coudée de gaz d'échappement, est réduite elle aussi. Un autre avantage est considéré dans le fait de former le tuyau intérieur avec plusieurs pièces de forme de tuyau intérieur, o chaque pièce de forme du tuyau intérieur, associée à une zone d'entrée de la tubulure coudée de gaz d'échappement, est reliée à une bride d'entrée pour le raccordement à des conduits de sortie des cylindres, et une pièce de forme du tuyau intérieur est reliée, dans la zone de sortie de la tubulure coudée de gaz d'échappement, à une bride de sortie pour le raccordement à une conduite de gaz d'échappement. Un tel tuyau intérieur se composant de plusieurs pièces de forme peut être fabriqué de façon simple, à coût réduit, et peut être assemblé, o une grande solidité du tuyau intérieur est opposée aux charges dues aux contraintes thermiques. On décrit ci-après plus en détail un exemple de réalisation, à l'aide de dessins. Dans les dessins: 6 2751376 La figure 1 montre une vue de dessus, partiellement en coupe, d'une tubulure coudée de gaz d'échappement à double paroi comprenant une zone de sortie prolongée, La figure 2 montre une coupe le long de la ligne II-II de la figure 1, La figure 3 montre une coupe le long de la ligne III-III de la figure 1, La figure 4 montre une coupe le long de la ligne IV-IV de la figure 1, La figure 5 montre une coupe le long de la ligne V- V de la figure 1. La figure 1 représente, dans une vue de dessus, une tubulure coudée 1 de gaz d'échappement à double paroi pour le guidage des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, laquelle tubulure coudée de gaz d'échappement se compose essentiellement d'un tuyau intérieur 2 guidant les gaz d'échappement et d'une coque extérieure 3 ainsi que de plusieurs brides d'entrée 5, 6, 7 se trouvant dans un plan commun pour le raccordement du tuyau intérieur à des conduits de sortie des cylindres et d'une bride de sortie 8 pour le raccordement du tuyau intérieur à d'autres dispositifs guidant les gaz d'échappement. Le tuyau intérieur 2 comprend plusieurs pièces de forme de tuyau 25, 26, 27, 28, à savoir un raccord cintré 25 relié-à la bride d'entrée 5, un raccord 26 en T relié à la bride d'entrée 6, un raccord 27 en T relié à la bride d'entrée 7 et comprenant une branche courbée contiguë à la pièce de forme suivante du tuyau dans le sens de l'écoulement, et un raccord coudé 28 relié à la bride de sortie 8, lequel raccord, coudé et en projection dans la direction du regard sur le plan considéré, s'étend essentiellement en ligne droite et qui est coudé de façon cintrée dans une zone terminale voisine de la bride de sortie 8. Les pièces de forme du tuyau sont emboîtées l'une dans l'autre à la façon d'un manchon, avec un jeu réduit, o une pièce de forme 7 2751376 suivante du tuyau, dans le sens de l'écoulement, comprend à chaque fois une partie terminale élargie qui entoure la partie terminale de la pièce de forme du tuyau se trouvant en amont dans le sens de l'écoulement. Le tuyau intérieur 2 est disposé à l'intérieur de la coque extérieure 3, de façon concentrique sur le point d'intersection des plus grands diamètres orthogonaux entre eux de la coque extérieure, grâce à quoi, entre le tuyau intérieur 2 et la coque extérieure 3, un espace fermé 4 est formé pour l'isolation par un espace d'air. La coque extérieure 3 se compose de plusieurs éléments de coque dont les bords peuvent être soudés dans les ouvertures des brides 5, 6, 7, 8 ou qui peuvent être soudés directement sur le tuyau intérieur 2 en amont des brides. Dans une zone d'entrée 9 de la tubulure coudée 1 de gaz d'échappement qui comprend les brides d'entrée 5, 6, 7 et qui est limitée par un plan de coupe placé en aval de la dernière bride d'entrée 7, sensiblement à la hauteur du segment coudé de la pièce de forme 27 du tuyau intérieur, la coque extérieure 3 comprend une partie cintrée 15 correspondant à la géométrie du tuyau intérieur 2 et une partie centrale 16 s'étendant essentiellement de façon droite. La coque extérieure s'étend ici en direction de l'entrée des gaz d'échappement dans le tuyau intérieur, par les brides d'entrée, jusqu'à un plan contigu aux brides d'entrée, grâce à quoi il en résulte une section, le long de la ligne II-II, de la tubulure coudée 1 de gaz d'échappement, décrite plus en détail dans la figure 2. Dans une zone de sortie 18 se raccordant à la zone d'entrée 9, approximativement à la hauteur du segment coudé de la pièce de forme 27 du tuyau intérieur, il est réalisé la forme d'une pièce de raccordement 17 de la coque extérieure 3 correspondant au parcours du tuyau intérieur 2. Dans la zone de sortie 18, la tubulure 8 2751376 coudée 1 de gaz d'échappement s'étend en direction d'une ligne d'écoulement 31 des gaz d'échappement, traversant de façon centrale le tuyau intérieur 2, passant dans un premier segment courbé 32, dans un deuxième segment 33 s'étendant essentiellement en ligne droite, coudé et en projection en direction du regard sur le plan considéré et correspondant à la forme de la pièce de forme entourée 28 du tuyau, et dans un troisième segment d'extrémité 34 courbé suivant une direction de courbure opposée au premier segment. Dans le premier segment 32 de la zone de sortie 18, la distance entre les bords est diminuée et donc le diamètre de la coque extérieure est diminué lui aussi, au moyen de rayons de courbure appropriés des bords de la coque extérieure 3. En même temps, le diamètre de la coque extérieure 3, sensiblement orthogonal à ce diamètre, est agrandi, grâce à quoi, dans le deuxième segment 33 de la zone de sortie, la coque extérieure 3 présente des diamètres orthogonaux nettement différents. De cette façon, comme décrit dans la figure 3, la résistance à la flexion de la coque extérieure 3, qui est un élément porteur de la tubulure coudée 1 de gaz d'échappement, est augmentée. De plus, on obtient une meilleure protection calorifuge du tuyau intérieur 2 guidant les gaz d'échappement, par rapport à la coque extérieure 3, grâce -à l'augmentation de l'espace intermédiaire 4 pour l'isolation par un espace d'air. Dans le deuxième segment 33 de la zone de sortie 18, le plus grand diamètre de la coque extérieure 3, dans le sens du passage de la tubulure coudée 1 de gaz d'échappement, est réduit de façon continue. Ce faisant, l'importance de la diminution de section est choisie avantageusement en étant petite, de façon telle, qu'en cas d'effort mécanique de la tubulure coudée 1 de gaz d'échappement, en raison d'une application de force extérieure, il ne se produit aucune pointe de tension dommageable dans le matériau de la coque extérieure 3. 9 2751376 Par la réduction du diamètre de la coque extérieure, on obtient enfin un contour de la coque extérieure 3 qui correspond à une section de départ qui est inchangée sur le parcours du troisième segment d'extrémité courbé 34 de la zone de sortie 19. La figure 2 montre une coupe le long de la ligne II-II de la figure 1, o une section d'entrée 10 dans la zone d'entrée de la tubulure coudée de gaz d'échappement est représentée. La coque extérieure 3 se compose d'une demi-coque inférieure 13 et d'une demi-coque supérieure 23, lesquelles demi-coques présentent des bords 14 et 24 rabattus vers l'extérieur sur lesquels les demi-coques 13 et 23, symétriquement, sont en appui l'une sur l'autre, à plat, dans les zones 29 et 30 des bords. Ici, l'axe de symétrie est un deuxième axe de section 12, traversant les zones 29 et 30 des bords, associé à un diamètre transversal de la coque extérieure 3, lequel deuxième axe de section est disposé en étant orthogonal à un premier axe de section 11 associé au diamètre vertical de la coque extérieure 3. Le tuyau intérieur 2 est disposé concentriquement dans la coque extérieure 3 avec le point d'intersection du deuxième axe de section 12 et du premier axe de section 11. La section d'entrée 10 a essentiellement la forme d'une goutte, o la zone 29 des bords, qui est voisine-des brides d'entrée, lesquelles, dans un souci de clarté, ne sont pas représentées ici, est à une distance plus grande par rapport au premier axe de section 11 que la zone 30 des bords. De cette façon, l'espace 4 formé entre la coque extérieure 3 et le tuyau intérieur, pour l'isolation par un espace d'air, est configuré en étant plus grand, dans la zone voisine des brides d'entrée, grâce à quoi on obtient un comportement optimal de l'isolation à la chaleur de la tubulure coudée de gaz d'échappement et, en outre, on en attend une augmentation de la durée de vie grâce à une plus grande 2751376 résistance de construction de la tubulure coudée de gaz d'échappement. La coupe montrée dans la figure 3, le long de la ligne III-III de la figure 1, représente une section 19 de la tubulure coudée dans la zone de sortie, o la coque extérieure 3 est configurée de façon elliptique. Ici, le grand diamètre de l'ellipse est associé au premier axe de section 11 et le petit diamètre de l'ellipse est associé au deuxième axe de section 12 traversant les zones 29, 30 des bords des coques. La coque extérieure 3 entoure concentriquement le tuyau intérieur 2 de section circulaire, grâce à quoi l'espace 4 formé entre la coque extérieure 3 et le tuyau intérieur 2, pour l'isolation par un espace d'air, s'étend en s'agrandissant dans la direction du premier axe de section 11. En raison du diamètre agrandi du premier axe de section 11, la section de la coque extérieure 3 présente un moment d'inertie géométrique des surfaces, ou moment de résistance, augmenté par rapport à l'axe transversal 12 de la tubulure coudée, grâce à quoi la coque extérieure 3, dans son fonctionnement en tant qu'élément porteur de la tubulure coudée de gaz d'échappement, oppose, à une action de force extérieure, une résistance augmentée à la flexion correspondant à l'augmentation du moment d'inertie géométrique des surfaces. Dans la direction transversale et donc par rapport au premier axe de section 11, le moment d'inertie géométrique des surfaces de la section elliptique est augmenté par l'accumulation de matériau dans les zones 29 et 30 des bords, grâce à quoi la zone de sortie de la tubulure coudée présente une résistance suffisante à la flexion dans le cas de variations de direction de l'action extérieure des forces. La section transversale intermédiaire 20, montrée dans la figure 4, suivant la coupe IV-IV de la figure 1, présente une coque extérieure 3 configurée en ellipse, o il 2751376 l'excentricité de l'ellipse est plus faible que dans la figure 3 en raison de la diminution du diamètre de la coque extérieure 3 en direction du premier axe de section 11. Avec la même distance entre les zones 29 et 30 des bords, comme dans la coupe selon la figure 3, la tension du matériau dans la coque extérieure, due à une action extérieure des forces, est distribuée de façon harmonique sur la totalité de la section, grâce à la diminution continue, adaptée aux contraintes, de l'excentricité de la section elliptique 20. La figure 5 montre, dans une coupe le long de la ligne V-V, une section de départ 21 d'une coque extérieure 3 ayant une forme circulaire. Le diamètre de la coque extérieure est ici la distance constante, dans la totalité de la zone de sortie, entre les zones 29 et des bords. Cette section de départ 21, avec une coque extérieure 3 de forme circulaire, un tuyau intérieur 2 disposé de façon concentrique ainsi qu'un espace 4 en forme d'anneau de cercle pour l'isolation par un espace d'air, est inchangée dans la suite de son parcours dans la direction d'écoulement jusqu'à une zone terminale de la tubulure coudée de gaz d'échappement voisine du raccordement avec la bride de sortie. En variante de la forme elliptique, la coque extérieure de la tubulure coudée de gaz d'échappement peut avoir également d'autres formes de section étendues, comme par exemple une forme de caisson essentiellement rectangulaire. Dans les exemples de réalisation décrits précédemment, l'invention est expliquée dans le cas de tubulures coudées de gaz d'échappement isolées par un espace d'air. La configuration avantageuse peut cependant également trouver son application pour l'augmentation du moment de résistance, dans le cas de tubulures coudées de gaz d'échappement se composant seulement d'un tuyau, donc sans coque extérieure. La tubulure coudée de gaz d'échappement selon l'invention pourra être telle que le plus grand diamètre du tuyau ou de la coque extérieure est réduit sur le premier axe de section dans le sens de l'écoulement, le diamètre sur le deuxième axe de section dans le sens de l'écoulement étant essentiellement inchangé. La tubulure coudée de gaz d'échappement selon l'invention pourra être telle que la zone de sortie soit nettement plus longue que les segments de la tubulure coudée entre les brides d'entrée d'une zone d'entrée. R EV E N D I C A T I O N S 1. Tubulure coudée (1) de gaz d'échappement pour le guidage des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, comprenant au moins un tuyau (2, 3) et au moins deux brides d'entrée (5, 6, 7) disposées en étant espacées l'une de l'autre et pouvant être fixées sur un cylindre pour le raccordement du tuyau (2, 3) à au moins deux conduits de sortie des cylindres du moteur à combustion interne, disposés en étant espacés l'un de l'autre, ainsi qu'une bride de sortie (8) reliée au tuyau (2, 3) pour le raccordement d'un tuyau de gaz d'échappement, caractérisée en ce que, dans une zone de sortie (18) de la tubulure coudée (1) de gaz d'échappement, la section du tuyau (2, 3) comprend des diamètres nettement différents sur des premier et second axes de section (11, 12) orthogonaux, et en ce que les diamètres de sections successives, dans le sens de l'écoulement, se rapprochent de façon continue l'un de l'autre, et en ce que, dans une zone de sortie (21), dans la partie terminale de la tubulure coudée (1) de gaz d'échappement, lesdits diamètres sont identiques. 2. Tubulure coudée de gaz d'échappement selon la revendication 1, caractérisée en ce que le tuyau est formé par un tuyau intérieur (2) et par une coque extérieure (3) entourant ce tuyau intérieur, servant de support mécanique de la tubulure coudée (1) de gaz d'échappement, o la coque extérieure (3) est composée au moins de deux éléments de coque (13, 23) reliés entre eux au niveau de leurs bords (14, 24) et o la coque extérieure entoure le tuyau intérieur (2) au niveau de ses extrémités guidées dans les moyens (5, 6, 7, 8) formant brides, et o un espace (4) est formé entre le tuyau intérieur (2) et la coque extérieure (3) pour l'isolation par un espace d'air. 3. Tubulure coudée de gaz d'échappement selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le plus grand diamètre du tuyau ou de la coque extérieure (3) est réduit sur le premier axe de section (11) dans le sens de l'écoulement, et en ce que le diamètre sur le deuxième axe de section (12), dans le sens de l'écoulement, est essentiellement inchangé. 4. Tubulure coudée de gaz d'échappement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractéri- sée en ce que le tuyau ou la coque extérieure (3) est configuré en étant symétrique par rapport à l'un des axes ou aux deux axes de section (11, 12). 5. Tubulure coudée de gaz d'échappement selon les revendications 2 et 4, caractérisée en ce que la coque extérieure (3) est formée par une demi-coque inférieure (13) et par une demi-coque supérieure (23), o les bords (14, 24) des demi-coques sont rabattus vers l'extérieur et o ils sont reliés entre eux, à plat, dans des zones (29, 30) des bords qui sont placées sur le deuxième axe de section (12) correspondant au plus petit diamètre. 6. Tubulure coudée de gaz d'échappement selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que le tuyau intérieur (2) est disposé de façon centrale sur le point d'intersection des axes de section (11, 12) de la coque extérieure (3). 7. Tubulure coudée de gaz d'échappement selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisée en ce que le tuyau intérieur (2) se compose de plusieurs pièces (25, 26, 27, 28) de tuyau intérieur et en ce qu'une pièce du tuyau intérieur est associée à chaque bride (5, 6, 7, 8), o des pièces contiguës du tuyau intérieur sont emboîtées l'une dans l'autre en formant un assemblage de type manchon. 8. Tubulure coudée de gaz d'échappement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractéri- sée en ce que la zone de sortie (18) est nettement plus longue que les segments de la tubulure coudée entre les brides d'entrée (5, 6, 7) d'une zone d'entrée (9).