Brevet FR2851961A1 — publié le 20040910

i "Dispositif de raccordement étanche entre un collecteur d'échappement et un collecteur de turbocompresseur" La présente invention concerne un dispositif de raccordement étanche pour un moteur à combustion interne. La présente invention concerne plus particulièrement un dispositif de raccordement étanche entre le collecteur d'échappement d'un moteur à combustion interne et le collecteur d'un turbocompresseur qui est fixé rigidement sur le moteur, le collecteur d'échappement comportant une extrémité de sortie qui 10 est prévue pour être raccordée à l'extrémité d'entrée du collecteur de turbocompresseur. Une interface de raccordement (10) entre le collecteur de turbocompresseur (12) et le collecteur d'échappement (14) est généralement réalisée sous la forme d'une bride plate, telle que 15 représentée sur la figure 1. Selon ce mode de réalisation connu, les extrémités en vis-à-vis des deux collecteurs comportent chacune une collerette externe (16, 18) munie de trous pour le passage de moyens de fixation (20) du type vis/écrou. Les moyens de fixation 20 maintiennent les deux collerettes serrées l'une contre l'autre, et un joint d'étanchéité (22) est intercalé axialement entre les deux collerettes. Lorsque le turbocompresseur est fixé de manière rigide sur le bloc-moteur, les contraintes thermomécaniques qui s'appliquent 25 sur l'interface de liaison entre le collecteur de turbocompresseur et le collecteur d'échappement sont très importantes. Ces contraintes importantes s'expliquent en particulier par la dilatation différentielle entre le collecteur d'échappement et le collecteur de turbocompresseur, ceux-ci étant réalisés dans des matériaux 30 différents, donc de coefficients de dilatation différents. Ce phénomène est amplifié sur les moteurs de conception récente qui dégagent une énergie thermique très importante dans les gaz d'échappement. Les collerettes de la bride d'interface étant réalisées par moulage, elles ont généralement des formes massives qui sont très sensibles à la dilatation et qui contribuent à l'augmentation des contraintes thermomécaniques s'appliquant sur l'interface. Les efforts produits par ces contraintes thermomécaniques sur les pièces du turbocompresseur et du collecteur d'échappement sont nuisibles à une bonne tenue mécanique des pièces dans le temps, ainsi qu'à l'étanchéité du raccordement. Or, l'étanchéité du raccordement est nécessaire pour maintenir les 10 gaz d'échappement en pression et en température. Pour résoudre ce problème, il a été proposé d'assembler le collecteur d'échappement avec le collecteur de turbocompresseur par une soudure. Mais les contraintes thermomécaniques sont trop importantes, ce qui peut provoquer une détérioration rapide 15 de la soudure. Une autre solution envisagée est de réaliser le collecteur de turbocompresseur d'une seule pièce avec le collecteur d'échappement. Toutefois, cette solution oblige à réaliser les collecteurs en fonte, ce qui entraîne une absorption des calories 20 véhiculées par les gaz d'échappement dans les collecteurs, alors que l'on cherche à transmettre ces calories au pot catalytique. Cette solution pose aussi des problèmes de coulabilité lors de la réalisation des collecteurs en fonderie. L'invention vise donc à remédier à ces problèmes en 25 proposant un nouveau dispositif de raccordement étanche permettant d'atténuer les contraintes liées à la dilatation différentielle entre les matériaux du collecteur d'échappement et du collecteur de turbocompresseur. Dans ce but, l'invention propose un dispositif de 30 raccordement étanche du type décrit précédemment, caractérisé en ce qu'il comporte une bague qui est montée coulissante axialement sur le tronçon d'extrémité du collecteur d'échappement, ou sur le tronçon d'extrémité du collecteur de turbocompresseur, et en ce que l'extrémité du collecteur de turbocompresseur, respectivement l'extrémité du collecteur d'échappement, est montée sur la bague. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - l'extrémité du collecteur de turbocompresseur, 5 respectivement l'extrémité du collecteur d'échappement, est maintenue en appui axial contre une portée aval de la bague par au moins un tirant qui prend appui axialement contre une portée amont de la bague; - le dispositif de raccordement comporte plusieurs tirants 10 qui prennent appui contre la portée amont de la bague avec interposition d'une rondelle de serrage comportant une surface d'appui complémentaire de la portée amont; - les portées amont et aval de la bague et les surfaces d'appui complémentaires qui sont réalisées dans la rondelle de 15 serrage et dans l'extrémité du collecteur de turbocompresseur, respectivement dans l'extrémité du collecteur d'échappement, ont un profil globalement tronconique ou hémisphérique, de manière à former une liaison du type pivot glissant entre le collecteur de turbocompresseur et le collecteur d'échappement; - la bague forme un joint d'étanchéité dynamique pour le raccordement entre les deux collecteurs. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés 25 dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe axiale qui représente schématiquement un dispositif de raccordement selon l'état de la technique; - la figure 2 est un schéma de principe qui illustre 30 l'agencement d'un dispositif de raccordement dans un moteur à combustion interne de véhicule automobile; - la figure 3 est une vue en perspective qui représente schématiquement un dispositif de raccordement réalisé conformément aux enseignements de l'invention; - la figure 4 est une vue en coupe axiale similaire à celle de la figure 1 qui représente schématiquement le dispositif de raccordement de la figure 3 Dans la description qui va suivre, des éléments identiques, 5 similaires ou analogues seront désignés par les mêmes chiffres de référence. En particulier, on utilisera les mêmes références pour les pièces qui sont similaires à celles du dispositif de raccordement selon l'état de la technique, décrit en référence à la figure 1. La figure 2 est un schéma de principe qui représente l'agencement du dispositif de raccordement 10 sur un moteur à combustion interne 24 de véhicule automobile. Le moteur 24 comporte un bloc-moteur 26 sur lequel est fixée une culasse 28 et un support de turbocompresseur 30. Un collecteur d'échappement 14 est fixé sur la culasse 28 de manière à évacuer les gaz d'échappement vers une ligne d'échappement 32, qui est équipée ici d'un catalyseur 34. Un turbocompresseur 36, qui est fixé sur le bloc-moteur 26 par l'intermédiaire du support 30, est intercalé entre l'extrémité de 20 sortie 38 du collecteur d'échappement 14 et la ligne d'échappement 32. Le turbocompresseur 36 comporte un carter turbine 40 et un carter compresseur 42 qui sont solidaires d'un carter palier 44 porté par le support 30. Le carter turbine 40 comporte un collecteur de turbocompresseur 12, qui est raccordé au collecteur d'échappement 14 par l'intermédiaire du dispositif de raccordement étanche 10. De manière classique, les gaz d'échappement provenant 30 du collecteur d'échappement 14 sont donc amenés dans le carter de turbine 40 par le collecteur de turbocompresseur 12, de manière à entraîner en rotation une roue de turbine (non représentée), avant d'être évacués vers l'extérieur par la ligne d'échappement 32. Selon un fonctionnement classique du turbocompresseur 36, la rotation de la roue de turbine permet de comprimer des gaz d'admission dans le carter compresseur 42 de manière à suralimenter le moteur 26. On décrit maintenant, en référence aux figures 3 et 4, un dispositif de raccordement étanche 10 réalisé conformément aux enseignements de l'invention. Pour la description de l'invention, on adoptera à titre non limitatif une orientation axiale suivant l'axe A-A du tronçon 10 d'extrémité 38 du collecteur d'échappement 14. Des éléments seront qualifiés d'amont, ou d'aval, en référence au sens de circulation des gaz d'échappement dans les collecteurs 12, 14, ce qui correspond ici à une circulation de la droite vers la gauche, en considérant la figure 4. Sur les figures 3 et 4, on a représenté l'extrémité de sortie 38, ou extrémité aval, du collecteur d'échappement 14 et l'extrémité d'entrée 46, ou extrémité amont, du collecteur de turbocompresseur 12. Conformément aux enseignements de l'invention, le 20 dispositif de raccordement 10 comporte une bague 48 qui est montée coulissante axialement sur le tronçon d'extrémité 38 du collecteur d'échappement 14, et l'extrémité 46 du collecteur du turbocompresseur 12 est montée sur la bague 48. Selon le mode de réalisation représenté ici, la bague 48 25 comporte une portée amont 50 et une portée aval 52 tronconique, ainsi qu'une surface axiale interne 53 qui est prévue pour coulisser axialement, de manière étanche, sur la surface axiale externe du tronçon d'extrémité 38 du collecteur d'échappement 14. La bague 48 a donc un profil, en section axiale, globalement en forme de trapèze, ici isocèle, dont le plus grand côté est en contact avec le tronçon d'extrémité 38. L'extrémité 46 du collecteur de turbocompresseur 12 comporte ici une collerette 54 qui s'étend radialement vers l'extérieur, et qui est munie d'une surface d'appui tronconique 56 complémentaire de la portée aval 52 de la bague 48. La surface d'appui tronconique 56 forme ici le bord interne de la collerette 54. Le dispositif de raccordement 10 comporte aussi une rondelle annulaire de serrage 58 qui est munie d'une surface d'appui tronconique 60 complémentaire de la portée amont 50 de la bague 48. La surface d'appui tronconique 60 forme ici le bord interne de la rondelle 58. La surface d'appui tronconique 56 de la collerette 54 du collecteur de turbocompresseur 12 est maintenue en appui axial contre la portée aval 52 de la bague 48 par la rondelle de serrage 58. A cet effet, le dispositif de raccordement 10 comporte ici 15 une série de tirants 62. Chaque tirant 62 traverse un trou axial 64 de la rondelle 58 et est vissé dans un trou axial taraudé 66 qui est réalisé dans la face radiale amont 68 de la collerette 54. Chaque tirant 62 comporte une tête 70 qui vient en appui axial contre la face 20 radiale amont 72 de la rondelle 58. Selon une variante de réalisation (non représentée) de l'invention, les portées tronconiques 50, 52 peuvent être remplacées par des portées de profil globalement hémisphérique, les surface d'appui complémentaires 56, 60 de la collerette 54 et 25 de la rondelle 58 étant alors de profil hémisphérique. La forme tronconique, ou hémisphérique, des portées 50, 52 de la bague permet de former une liaison de type pivot glissant entre le collecteur de turbocompresseur et le collecteur d'échappement. Ceci permet aux deux collecteurs 12, 14 de se déplacer légèrement l'un par rapport à l'autre, soit par un glissement axial de la bague 48 sur le tronçon d'extrémité 38 du collecteur d'échappement 14, soit par un glissement globalement transversal des surfaces d'appui 56, 60 de la collerette 54 et de la rondelle 58 sur les portées tronconiques 50, 52, ou hémisphériques, de la bague 48. Avantageusement, la bague 48 forme un joint d'étanchéité dynamique pour le raccordement entre les deux collecteurs 12, 5 14. Ainsi, malgré les mouvements relatifs du collecteur d'échappement 14 par rapport au collecteur de turbocompresseur 12, en raison des vibrations auxquelles sont soumises les pièces ou en raison de la dilatation des pièces, le dispositif de raccordement 10 selon l'invention assure une étanchéité parfaite 10 entre les deux collecteurs 12, 14. La bague 48 est par exemple réalisée dans un alliage métallique qui peut se déformer légèrement lorsqu'il est contraint, de manière à assurer une bonne étanchéité entre le collecteur d'échappement 14 et le collecteur de turbocompresseur 12, sous 15 la tension des tirants 62. Selon une variante de réalisation (non représentée), il est possible de prévoir une pièce supplémentaire formant joint d'étanchéité entre le collecteur d'échappement 14 et le collecteur de turbocompresseur 12. Dans ce cas, les zones de contact entre 20 la bague 48 et le collecteur d'échappement 14, ainsi que les zones de contact entre la bague 48 et le collecteur de turbocompresseur 12 n'ont plus besoin d'être étanches. Selon une autre variante de réalisation (non représentée) de l'invention, la collerette 54 peut être maintenue en appui axial 25 contre la bague 48, sans l'interposition de la rondelle 58, les tirants prenant alors appui directement contre des portées amont de forme adaptée aux têtes 70 des tirants 62. Bien entendu, on comprend que, par une simple inversion mécanique, il est possible de monter la bague 48 sur le collecteur 30 de turbocompresseur 12 et de monter l'extrémité 38 du collecteur d'échappement 14 sur la bague 48 qui coulisse alors sur le collecteur de turbocompresseur 12. Le dispositif de raccordement 10 selon l'invention permet une dilatation du collecteur de turbocompresseur 12 et du collecteur d'échappement 14 sans que cette dilation ne provoque une détérioration des pièces du moteur 24 ou de l'étanchéité du raccordement. Un avantage du dispositif de raccordement 10 selon 5 l'invention est qu'il combine une fonction d'assemblage et une fonction d'étanchéité. Un autre avantage du dispositif de raccordement 10 selon l'invention est le bilan thermique favorable dû au fait que le collecteur de turbocompresseur 12 peut être réalisé en tôle de 10 faible épaisseur. Le dispositif de raccordement 10 a été représenté ici avec des pièces de formes extérieures globalement cylindriques. Bien entendu, selon des variantes de réalisation (non représentées) de l'invention, les différentes pièces du dispositif de raccordement 10 15 telles que la collerette 54, la bague 48, et la rondelle 58, pourraient avoir des formes extérieures différentes, par exemple des formes triangulaires ou rectangulaires, de la même manière que les brides plates peuvent avoir différentes formes. REVENDICATIONS 1. Dispositif de raccordement étanche (10) entre le collecteur d'échappement (14) d'un moteur à combustion interne (24) et le collecteur (12) d'un turbocompresseur (36) qui est fixé 5 rigidement sur le moteur (24), le collecteur d'échappement (14) comportant une extrémité de sortie (38) qui est prévue pour être raccordée à l'extrémité d'entrée (46) du collecteur de turbocompresseur (12), caractérisé en ce qu'il comporte une bague (48) qui est montée coulissante axialement sur le tronçon 10 d'extrémité (38) du collecteur d'échappement (14), ou sur le tronçon d'extrémité (46) du collecteur de turbocompresseur (12), et en ce que l'extrémité (46) du collecteur de turbocompresseur (12), respectivement l'extrémité (38) du collecteur d'échappement (14), est montée sur la bague (48). 2. Dispositif (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'extrémité (46) du collecteur de turbocompresseur (12), respectivement l'extrémité (38) du collecteur d'échappement (14), est maintenue en appui axial contre une portée aval (52) de la bague (48) par au moins un tirant (62) qui 20 prend appui axialement contre une portée amont (50) de la bague (48). 3. Dispositif (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs tirants (62) qui prennent appui contre la portée amont (50) de la bague (48) avec 25 interposition d'une rondelle de serrage (58) comportant une surface d'appui (60) complémentaire de la portée amont (50). 4. Dispositif (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les portées amont (50) et aval (52) de la bague (48) et les surfaces d'appui complémentaires (56, 60) qui 30 sont réalisées dans la rondelle de serrage (58) et dans l'extrémité (46) du collecteur de turbocompresseur (12), respectivement dans l'extrémité (38) du collecteur d'échappement (14), ont un profil globalement tronconique ou hémisphérique, de manière à former une liaison du type pivot glissant entre le collecteur de turbocompresseur (12) et le collecteur d'échappement (14). 5. Dispositif (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bague (48) 5 forme un joint d'étanchéité dynamique pour le raccordement entre les deux collecteurs (12, 14).