Brevet FR2863307A1 — publié le 20050610

"Moteur équipé d'un collecteur d'échappement dont le conduit de sortie est pourvu d'une conduite de liaison" La présente invention concerne un moteur à combustion interne comportant un collecteur d'échappement en tôle. La présente invention concerne plus particulièrement un moteur à combustion interne de véhicule automobile comportant un collecteur d'échappement en tôle dont le conduit de sortie est raccordé à un élément de conduit aval, et du type dans lequel le tronçon d'extrémité aval du conduit de sortie et le tronçon io d'extrémité amont de l'élément de conduit aval sont pourvus respectivement d'une bride amont et d'une bride aval qui sont serrées axialement l'une contre l'autre. Le raccordement du collecteur d'échappement avec l'élément du conduit aval, tel qu'un turbocompresseur, pose 15 plusieurs problèmes techniques. Un premier problème est qu'il est nécessaire d'assurer une bonne étanchéité entre le collecteur et le turbocompresseur alors que les gaz d'échappement qui circulent dans ces éléments ont une très haute température. L'étanchéité est généralement assurée par des joints qui sont serrés axialement entre les deux brides de raccordement. Toutefois, compte tenu des très hautes températures atteintes par le collecteur d'échappement et par le turbocompresseur, on constate que les systèmes classiques qui réalisent l'étanchéité deviennent de moins en moins efficaces au cours du temps, en raison notamment des fortes dilatations et des fortes déformations des brides de raccordement, ce qui créé des passages de fuite. On observe donc fréquemment une dégradation rapide des 30 joints telle que des ruptures, un aplatissement total par un effet de recuit, etc. Pour résoudre ces problèmes, il est nécessaire d'utiliser des systèmes d'étanchéité spécifiquement prévus pour résister à ces sollicitations, qui sont donc très coûteux. Un autre problème est posé par la tenue thermos mécanique de la bride amont qui équipe le conduit de sortie du collecteur d'échappement. En effet, cette bride est fortement sollicitée, notamment par le turbocompresseur, et en particulier en cisaillement. La solution actuelle consiste à lier la bride amont avec le io conduit de sortie du collecteur au moyen d'un cordon de soudure ou bien au moyen de goussets. Ces solutions ne sont pas complètement satisfaisantes, en particulier parce qu'elles ne permettent pas de protéger la bride de l'effet corrosif des gaz d'échappement qui circulent dans le is collecteur. Un autre aspect du problème, au niveau du raccordement, est constitué par les pertes thermiques subies par les gaz d'échappement lorsqu'ils circulent dans le conduit de sortie, en raison des échanges thermiques qui se produisent entre les gaz d'échappement et la paroi du collecteur. Ces pertes thermiques sont pénalisantes pour l'efficacité du dispositif de dépollution qui est généralement agencé en aval, dans la ligne d'échappement. Pour résoudre ce problème, certaines solutions préconisent de réaliser un collecteur d'échappement à lame d'air, c'est-à-dire qu'il comporte une double paroi en tôle visant à isoler les gaz d'échappement de la paroi extérieure du collecteur. Toutefois, cette solution est particulièrement coûteuse. De plus, on constate que la présence d'une liaison soudée entre la bride amont et le conduit de sortie créé un pont thermique qui limite l'intérêt d'un collecteur à double tôle. L'invention vise à remédier à ces inconvénients en proposant une solution simple, économique et efficace. A cet effet, l'invention propose un moteur à combustion interne du type décrit précédemment, caractérisé en ce que le collecteur comporte une conduite interne de liaison qui est globalement tubulaire et qui est sensiblement coaxiale au conduit de sortie, en ce que la conduite de liaison est fixée, par son extrémité axiale amont, sur la paroi interne du collecteur, axialement en amont par rapport à la bride amont, et en ce que la conduite de liaison comporte un tronçon d'extrémité axiale aval qui s'étend axialement au-delà du tronçon d'extrémité aval du w conduit de sortie et qui est pourvu d'une nervure radiale annulaire externe venant en contact linéaire avec la paroi concave d'un alésage sensiblement tronconique formé dans l'élément de conduit aval, de manière à réaliser l'étanchéité du raccordement entre le collecteur et l'élément de conduit aval. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - la conduite de liaison délimite radialement avec au moins un tronçon du conduit de sortie un espace radial annulaire d'isolation; - la conduite de liaison délimite radialement avec au moins 20 un tronçon de l'élément de conduit aval un espace radial annulaire d'isolation; - la nervure est réalisée par emboutissage; - la bride amont est fixée par soudage sur l'extrémité axiale aval du conduit de sortie; - la bride aval est réalisée par moulage en une seule pièce avec le tronçon d'extrémité amont de l'élément de conduit aval; - en position serrée, les deux brides sont en appui mutuel direct, sans jeu axial; - le moyen de serrage des brides est constitué par des vis 30 axiales; - l'élément de conduit aval est constitué par l'entrée de turbine d'un turbocompresseur équipant le moteur. 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 dans lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective qui représente schématiquement un moteur équipé d'un collecteur d'échappement et d'un turbocompresseur réalisé conformément aux enseignements de l'invention; - la figure 2 est une vue en perspective qui représente io schématiquement les brides du collecteur d'échappement et du turbocompresseur de la figure 1 en position serrées axialement; - la figure 3 est une vue selon le plan de coupe axiale 3-3 qui représente schématiquement les brides de la figure 2 et la conduite de liaison qui équipe le conduit de sortie du collecteur d'échappement. Dans la suite de la description, des éléments similaires ou identiques seront désignés par les mêmes références. Sur la figure 1, on a représenté un moteur à combustion interne 10 de véhicule automobile qui est réalisé conformément 20 aux enseignements de l'invention. Le moteur 10 comporte un collecteur d'échappement 12 qui est raccordé à un élément de conduit aval 14, constitué ici par l'entrée de turbine d'un turbocompresseur 16. Le turbocompresseur 16 est raccordé en aval à un 25 dispositif de dépollution 18 qui est intercalé dans la ligne d'échappement du moteur 10. Selon le mode de réalisation représenté ici, le collecteur 12 est réalisé en tôles mécano-soudées. C'est-à-dire qu'il est constitué d'un assemblage de plusieurs pièces de tôle qui sont liées les unes aux autres par soudage. Comme on peut le voir sur le figures 2 et 3, le tronçon d'extrémité axiale aval 20 du conduit de sortie 22 est pourvu d'une bride amont 24 complémentaire d'une bride aval 26 qui est fixé sur le tronçon d'extrémité axiale amont 28 de l'entrée de turbine 14 du turbocompresseur 16. Selon le mode de réalisation représenté ici, les deux brides sont serrées axialement l'une contre l'autre par des vis axiales 5 29. Dans la suite de la description, on utilisera à titre non limitatif une orientation axiale suivant l'axe Al du conduit de sortie 22. La bride amont 24 est fixée ici sur l'extrémité axiale libre io 30 du conduit de sortie 22 par soudage. De préférence, la bride aval 26 est réalisée par moulage en une seule pièce avec l'entrée de la turbine 14 du turbocompresseur 16. Conformément aux enseignements de l'invention, le collecteur 12 comporte une conduite interne de liaison 32 qui est globalement tubulaire et qui est sensiblement coaxiale au conduit de sortie 22. La conduite de liaison 32 comporte un tronçon d'extrémité axiale amont 34 qui s'étend à l'intérieur du conduit de sortie 22, et un tronçon d'extrémité axiale aval 36 qui s'étend axialement au-delà du tronçon d'extrémité axial aval 20 du conduit de sortie 22. Le tronçon d'extrémité amont 34 de la conduite de liaison 32 a globalement la forme d'une collerette radiale annulaire qui s'étend radialement vers l'extérieur par rapport à l'axe Al du conduit de sortie 22. La conduite de liaison 32 est fixée sur la paroi interne 38 du collecteur d'échappement 12, ici par soudage, au niveau du port périphérique externe 40 de la collerette radiale 34. Le tronçon amont 34 de la conduite de liaison 32 a ici une forme qui s'évase axialement vers l'intérieur du collecteur 12, de sorte qu'il suit de manière sensiblement parallèle la courbure du conduit de sortie 22. Le tronçon d'extrémité aval 36 de la conduite de liaison 32 a une forme globalement tubulaire coaxiale à l'axe Al du conduit de sortie 22. Selon une caractéristique de l'invention, l'extrémité axiale aval 42 est pourvue d'une nervure radiale annulaire externe 44 qui est prévue pour venir en contact linéaire avec la paroi concave 46 d'un alésage 48 sensiblement tronconique qui est formé dans le tronçon d'extrémité 28 de l'entrée de turbine 14. La nervure 44 s'étend circonférentiellement sur tout le io pourtour de l'extrémité axiale 42 de la conduite de liaison 32, de sorte qu'elle réalise l'étanchéité du raccordement avec la paroi concave 46 de l'alésage 48. Selon une variante de réalisation (non représentée), la conduite de liaison peut comporter plusieurs nervures 44. De préférence, la nervure 44 est réalisée par emboutissage. Avantageusement, la conduite de liaison 32 délimite radialement avec le tronçon d'extrémité aval 20 du conduit de sortie 22 et avec le tronçon d'extrémité amont 28 de l'entrée de turbine 14 un espace radial annulaire d'isolation 50. L'espace radial annulaire 50 s'étend ici axialement depuis le bord circonférentiel externe 40 de la collerette 34 jusqu'à la nervure 44. L'épaisseur radiale de l'espace 50 est ici croissante depuis le bord externe 40 de la collerette 34 globalement jusqu'à l'extrémité axiale libre 30 du conduit de sortie 22. Cette épaisseur radiale est ensuite sensiblement constante depuis l'extrémité axiale libre 30 du conduit de sortie 22 jusqu'à la nervure 44. Grâce à cet espace radial 50, une lame d'air est emprisonnée entre la conduite de liaison 32 et les tronçons d'extrémité 20 et 28 du conduit de sortie 22 et de l'entrée de turbine 14. De préférence, en position serrée, les deux brides 24, 26 sont en appui mutuel direct, sans jeu axial. Comme l'étanchéité du raccordement entre le collecteur 12 et le turbocompresseur 16 est réalisée par la conduite de liaison 32 et l'alésage 48, il n'est pas nécessaire d'intercaler un joint entre les brides 24, 26. Toutefois, selon une variante de réalisation (non représentée), il est possible d'intercaler un joint d'étanchéité entre les deux brides 24, 26. Ce joint peut être d'un type plus io simple et moins coûteux que ceux utilisés habituellement pour un tel raccordement, car le joint est ici moins sollicité thermiquement. Grâce à la conduite de liaison 32, les efforts qui sont appliqués sur les brides 24, 26, transitent sur le collecteur 12 par la paroi extérieure du tronçon d'extrémité aval 20 du conduit de sortie 22. Comme cette paroi est relativement froide par rapport à la conduite de liaison 32, elle résiste mieux aux contraintes thermo-mécaniques. Les sollicitations thermiques, au niveau du raccordement entre le collecteur 12 et le turbocompresseur 16, transitent essentiellement par la paroi intérieure de la conduite de liaison 32, qui est libre de se dilater, de sorte que la conduite de liaison encaisse mieux les hautes températures. Comme la conduite de liaison 32 n'est pas soudée sur la bride amont 24, les échanges thermiques entre les gaz d'échappement qui circulent dans le conduit de sortie 22 et l'extérieur sont limités, ce qui permet de préserver la température des gaz d'échappement, notamment pour améliorer l'efficacité du dispositif de dépollution 18. Un autre avantage de l'invention est que l'étanchéité du raccordement n'est plus dépendante de la planéité de surface et de tension dans les vis de fixation 29 des brides 24, 26. L'étanchéité dépend essentiellement de la pression du contact qui est appliqué par la nervure 44 sur la paroi concave 46 de l'alésage 48. Il est possible d'adapter la pression de contact en fonction des exigences de l'application en modifiant la forme de la nervure 44, par exemple son profil, son épaisseur radiale, ou en modifiant la valeur de frettage, c'est-à-dire la valeur de l'appui axial de la conduite de liaison 32 dans l'alésage 48. Grâce à l'invention, les échanges thermiques entre les gaz io d'échappement et le milieu extérieur sont réduits car on évite un contact direct entre les gaz d'échappement chauds et la paroi du conduit de sortie 22. REVENDICATIONS 1. Moteur à combustion interne (10) de véhicule automobile comportant un collecteur d'échappement (12) en tôle dont le conduit de sortie (22) est raccordé à un élément de conduit aval (14), et du type dans lequel le tronçon d'extrémité aval (20) du conduit de sortie (22) et le tronçon d'extrémité amont (28) de l'élément de conduit aval (14) sont pourvus respectivement d'une bride amont (24) et d'une bride aval (26) qui sont serrées axialement l'une contre l'autre, caractérisé en ce que le collecteur (12) comporte une conduite interne de liaison (32) qui est globalement tubulaire et qui est sensiblement coaxiale au conduit de sortie (22), en ce que la conduite de liaison (32) est fixée, par son extrémité axiale amont, sur la paroi interne (38) du collecteur (12), axialement en amont par rapport à la bride amont (24), et en ce que la conduite de liaison (32) comporte un tronçon d'extrémité axiale aval (36) qui s'étend axialement au-delà du tronçon d'extrémité aval (20) du conduit de sortie (22) et qui est pourvu d'une nervure radiale annulaire externe (44) venant en contact linéaire avec la paroi concave (46) d'un alésage (48) sensiblement tronconique formé dans l'élément de conduit aval (14), de manière à réaliser l'étanchéité du raccordement entre le collecteur (12) et l'élément de conduit aval (14). 2. Moteur (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la conduite de liaison (32) délimite radialement avec au moins un tronçon (20) du conduit de sortie (22) un espace radial annulaire d'isolation (50) . 3. Moteur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la conduite de liaison (32) délimite radialement avec au moins un tronçon (28) de l'élément de conduit aval (14) un espace radial annulaire d'isolation (50). 4. Moteur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la nervure (44) est réalisée par emboutissage. io 5. Moteur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bride amont (24) est fixée par soudage sur l'extrémité axiale aval (30) du conduit de sortie (22). 6. Moteur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bride aval (26) est réalisée par moulage en une seule pièce avec le tronçon d'extrémité amont (28) de l'élément de conduit aval (14). 7. Moteur (10) selon l'une quelconque des revendications io précédentes, caractérisé en ce que, en position serrée, les deux brides (24, 26) sont en appui mutuel direct, sans jeu axial. 8. Moteur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen de serrage des brides (24, 26) est constitué par des vis axiales (29). 9. Moteur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément de conduit aval est constitué par l'entrée de turbine (14) d'un turbocompresseur (16) équipant le moteur (10).