Brevet FR2879652A1 — publié le 20060623

La présente invention concerne les collecteurs d'échappement à double paroi pour un véhicule automobile, La présente invention concerne plus particulièrement un collecteur d'échappement à double paroi pour un véhicule automobile qui comporte au moins un élément interne et un élément externe, dans lequel l'élément interne comporte au moins deux tubes coaxiaux emboîtés de manière coulissante l'un dans l'autre et du type dans lequel l'élément externe est moulé d'un seul bloc autour de l'élément interne avec lequel il détermine une cavité d'isolation interne agencée entre l'élément interne et l'élément externe. On connaît de nombreux exemples de collecteurs d'échappement de ce type. Le document US-A-4.182.122 décrit et représente un collecteur du type décrit précédemment dans lequel l'élément interne comporte au moins un tube interne en conformé en "T" dont la branche centrale est reliée à un conduit d'échappement de la culasse et dont les branches symétriques, d'axe sécant avec l'axe de la branche centrale, sont chacune reliées de manière coulissante à au moins un autre tube interne. L'élément interne est séparé de l'élément externe par un isolant conformé en "T" et réalisé en deux parties montées avec jeu entre ces deux éléments. Cette conception pose de nombreux problèmes de tenue à la chaleur. En effet, d'une part l'isolant permet d'éviter que l'élément externe ne soit soumis à des températures trop élevées. En revanche, il concentre la chaleur résultant de l'élévation de température de l'élément interne autour de ce dernier. D'autre part la forme en "T" du tube interne cité précédemment le soumet à des contraintes mécaniques élevées quand il se dilate du fait de l'élévation de température de l'élément interne. Cette dilatation, qui n'est pas maîtrisée entre la branche centrale et les branches symétriques du tube interne en "T", peut conduire à sa rupture. L'invention remédie à ces inconvénients en proposant un collecteur dans lequel, d'une part, l'élément externe est isolé de l'élément interne et, d'autre part, dans lequel tous les tubes internes de l'élément interne sont des tubes de forme globalement longiligne montés coulissants les uns dans les autres de manière à absorber les déformations résultant de l'élévation de température du collecteur lors de son utilisation. Dans ce but l'invention propose un collecteur du type décrit précédemment, caractérisé en ce que l'élément interne comporte au moins un premier tube amont rectiligne dont une première extrémité s'étend jusqu'à une première face de l'élément externe et est agencée dans le prolongement d'un conduit d'échappement d'une culasse d'un moteur thermique associé et dont une seconde extrémité est emboîtée IO de manière coulissante avec une partie intermédiaire d'au moins un tube aval d'axe sécant avec l'axe dudit premier tube amont pour permettre la dilatation dudit élément interne lors de la montée en température du collecteur. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: I Le collecteur peut comporter un deuxième tube amont coudé dont une première extrémité s'étend jusqu'à la première face de l'élément externe et est agencée dans le prolongement d'un conduit d'échappement de la culasse et dont une seconde extrémité, d'axe sécant avec celui de la première extrémité, est emboîtée de manière coulissante avec l'extrémité d'un tube aval. - une extrémité d'un tube aval peut s'étendre jusqu'à une deuxième face de l'élément externe. - Le collecteur peut comporter des moyens pour empêcher le 23 déplacement axial des extrémités (24, 32, 42) des tubes amont (22, 30) et aval (16) qui s'étendent jusqu'aux faces (13, 15) de l'élément (14) externe. L'invention propose aussi un procédé de fabrication d'un collecteur d'échappement du type décrit précédemment, L'invention propose aussi un moteur à combustion interne comportant un tel collecteur et dont les extrémités des tubes qui débouchent sur les faces de l'élément externe sont en contact avec les extrémités des conduits d'échappement de la culasse du moteur et une extrémité de la ligne d'échappement du moteur, de sorte à assurer une étanchéité pour que l'élément externe ne soit pas en contact avec les gaz d'échappement. La présente invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple et nullement limitatif, et illustré par les dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un collecteur selon l'invention; la figure 2 est une vue schématique en section transversale du collecteur de la figure 1. Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires. On a représenté sur les figures l'ensemble d'un collecteur 10 d'échappement à double paroi pour un véhicule automobile. Comme l'illustre la figure 1, le collecteur 10 comporte au moins un élément 12 interne et un élément 14 externe. L'élément 14 externe comporte une première face 13 qui est destinée à être fixée à la culasse (non représentée) d'un moteur associé, et une seconde face 15 qui est destinée à être fixée à une ligne d'échappement (non représentée) du moteur. De manière connue, l'élément 12 interne comporte au moins deux tubes 16, 18 coaxiaux emboîtés de manière coulissante l'un dans l'autre, afin de permettre une dilatation déterminée de l'élément 12 interne lorsqu'il est soumis à une élévation de température. Par ailleurs, de manière connue, l'élément 14 externe est moulé d'un seul bloc autour de l'élément 12 interne avec lequel il détermine une cavité 20 d'isolation interne agencée entre l'élément 12 interne et l'élément 14 externe. Cette cavité 20 permet par un phénomène dit "de lame d'air" d'isoler l'élément 14 externe de la chaleur dégagée par l'élément 12 interne lors de la montée en température du collecteur 10, sans interposer un quelconque revêtement isolant entre les deux éléments 12, 14. Conformément à l'invention, comme l'illustre la figure 1, l'élément 12 interne comporte au moins un premier tube amont 22 rectiligne dont une première extrémité 24 s'étend jusqu'à une première face de l'élément externe et est agencée dans le prolongement d'un conduit (non représenté) d'échappement d'une culasse d'un moteur thermique associé et dont une seconde extrémité 26 est emboîtée de manière coulissante avec une partie intermédiaire 28 d'au moins un tube aval 16, 18 d'axe "B" sécant avec l'axe "A" dudit tube amont 22 pour permettre la dilation dudit élément interne 12 lors de la montée en température du collecteur 10. Par ailleurs, le collecteur 10 d'échappement comporte au moins un deuxième tube amont 30 coudé dont une première extrémité 32 s'étend jusqu'à la première face de l'élément externe et est agencée dans le prolongement d'un conduit d'échappement (non représenté) de la culasse et dont une seconde extrémité 34, d'axe sécant "B" avec I"axe "A" de la première extrémité, est emboîtée de manière coulissante avec l'extrémité 36 d'un tube 18 aval. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, mais de manière non limitative de celle-ci, le collecteur 10 d'échappement comporte au moins deux tube aval 16, 18, une extrémité 38 d'un tube 16 aval est emboîtée de manière coulissante avec l'extrémité 40 de l'autre tube 18 aval. Plus particulièrement, dans l'exemple qui est représenté sur la figure 1 suivant lequel le collecteur 10 est adapté à une culasse de moteur à trois cylindres comportant trois conduits d'échappement, le collecteur 10 comporte deux premiers tubes amont 22 rectiligne, un second tube amont 30 coudé, et deux tubes aval 16, 18 dont les parties intermédiaires 28 reçoivent les deux premiers tubes amont 22. Cette configuration n'est évidemment pas limitative de l'invention, et un tel collecteur 10 peut aisément être adapté à toute culasse comportant au moins deux conduits d'échappement. Conformément à l'invention, les extrémités 24 et 32 s'étendent jusqu'à la première face 13 de l'élément 14 externe et sont en contact avec les extrémités des conduits d'échappement de la culasse. De même, l'extrémité 42 s'étend jusqu'à la seconde face 15 de l'élément 14 externe et est en contact avec une extrémité de la ligne d'échappement du moteur. Cette configuration assure une étanchéité au gaz d'échappement du moteur. Ainsi, l'élément 14 externe n'est pas en contact direct avec les gaz d'échappement, il n'y a pas de risques de corrosion. Pour arriver à cette configuration, les tubes 22, 30 et 16 sont positionnés, par rapport au moule servant à former l'élément 14 externe, d'une telle façon qu'ils dépassent de cet élément 14 externe une fois cette opération de moulage terminée. Il faut cependant prévoir une opération d'usinage de ces tubes pour supprimer les tronçons qui dépassent. Par ailleurs, l'élément 14 externe comporte un perçage 46 qui communique avec la cavité 20 d'isolation interne pour permettre l'évacuation d'un noyau de sable permettant la réalisation de la cavité d'isolation lors du moulage dudit élément 14 externe. Les tubes 16, 18, 22, 30 de l'élément 12 interne peuvent être en acier. Dans cette configuration, le collecteur 10 d'échappement peut être réalisé de manière très simple selon un procédé qui comporte au moins une première étape de fabrication des tubes 16, 18, 22, 30 de l'élément 12 interne, une deuxième étape d'assemblage des tubes 16. 18, 22, 30 de l'élément 12 interne les uns aux autres, une troisième étape au cours de laquelle les tubes 16, 18, 22, 30 de l'élément 12 interne sont placés dans un outillage (non représenté) permettant la réalisation autour des tubes d'un noyau de sable (non représenté) destiné à permettre le moulage de la cavité 20 d'isolation, - une quatrième étape de coulée dudit noyau de sable, une cinquième étape au cours de laquelle les tubes 16, 18, 22, 30 de l'élément 12 interne et le noyau de sable sont placés dans un moule (non représenté) comportant une empreinte complémentaire de l'élément 14 externe, - une sixième étape de coulée de l'élément 14 externe, une septième étape de démoulage de l'élément 14 externe, une huitième étape de dessablage du noyau de sable, une neuvième étape d'usinage du collecteur 10 et des extrémités 24, 32, 42 des tubes 16, 22, 30 qui dépassent des faces 13, 15 de l'élément 14 externe. et une dixième étape de montage d'un bouchon étanche dans le perçage 46 de l'élément 14 externe. L'invention permet donc de réaliser de manière simple et efficace un collecteur 10 d'échappement dit "à double paroi" dans lequel la dilatation des tubes 16, 18, 22, 30 de l'élément 12 interne est absorbée par des jeux mécaniques dans toutes les directions, de manière à ne pas affecter la résistance dudit collecteur 10. Le collecteur 10 peut comporter des moyens pour empêcher le déplacement axial des extrémités 24, 32 et 42 des tubes amont 22, 30 et aval 16 qui s'étendent jusqu'aux faces 13 et 15 de l'élément 14 externe. Il peut par exemple s'agir de rainures ou d'épaulements annulaires réalisés sur les tubes amont 22, 30 et aval 16 au niveau des tronçons qui se trouvent en contact avec l'élément 14 externe, de manière à ce que, lors de la coulée de l'élément 14 externe, la matière en fusion définisse une forme complémentaire de ces moyens pour empêcher le déplacement axial. Les extrémités 24, 32 et 42 seront par conséquent fixes par rapport à l'élément 14 externe, et pourront toujours assurer le contact avec les extrémités des conduits d'échappement de la culasse et de la ligne d'échappement. Revendications 1) Collecteur (10) d'échappement à double paroi pour un véhicule automobile comportant au moins un élément (12) interne et un élément (14) externe, l'élément (12) interne comportant au moins deux tubes aval (16, 18) coaxiaux emboîtés de manière coulissante l'un dans l'autre. et l'élément externe (14) étant moulé d'un seul bloc autour de l'élément (12) interne avec lequel il détermine une cavité (20) d'isolation interne agencée entre l'élément (12) interne et l'élément externe, caractérisé en ce que l'élément (12) interne comporte au moins un premier tube (22) amont rectiligne dont une première extrémité (24) s'étend jusqu'à une première face (13) de l'élément (14) externe et est agencée dans le prolongement d'un r conduit d'échappement d'une culasse d'un moteur thermique associé et dont une seconde extrémité (26) est emboîtée de manière coulissante avec une partie intermédiaire (28) d'au moins un tube aval (16, 18) d'axe (B) sécant avec l'axe (A) dudit premier tube (22) amont pour permettre la dilatation dudit élément (12) interne lors de la montée en température du collecteur (10). 2) Collecteur (10) d'échappement selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte un deuxième tube amont (30) coudé dont une première extrémité (32) s'étend jusqu'à la première face (13) de l'élément (14) externe et est agencée dans le prolongement d'un conduit d'échappement de la culasse et dont une seconde extrémité (34), d'axe sécant (B) avec l'axe (A) de la première extrémité (32), est emboîtée de manière coulissante avec l'extrémité (36) d'un tube aval (18). 3) Collecteur (10) d'échappement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une extrémité (42) d'un tube aval (16) s'étend jusqu'à une deuxième face (15) de l'élément (14) externe. 4) Collecteur (10) d'échappement selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour empêcher le déplacement axial des extrémités (24, 32, 42) des tubes amont (22, 30) et aval (16) qui s'étendent jusqu'aux faces (13, 15) de l'élément (14) externe. 5) Collecteur (10) d'échappement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément (14) externe comporte un perçage (46) qui communique avec la cavité (20) d'isolation interne pour permettre l'évacuation d'un noyau de sable permettant la réalisation de la cavité (20) d'isolation lors du moulage dudit l'élément (14) externe. 6) Collecteur (10) d'échappement selon l'une quelconque des revendications précédentes. caractérisé en ce que les tubes (16, 18, 22, 30) de l'élément (12) interne sont en acier. 7) Procédé de fabrication d'un collecteur d'échappement selon les revendications 1 à 6 prises en combinaison, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une première étape de fabrication des tubes (16, 18, 22, 30) de l'élément (12) interne, - une deuxième étape d'assemblage des tubes (16, 18, 22, 30) de l'élément (12) interne les uns aux autres, -une troisième étape au cours de laquelle les tubes (16, 18, 22, 30) de l'élément (12) interne sont placés dans un outillage permettant la réalisation autour des tubes (16, 18, 22, 30) d'un noyau de sable destiné à permettre le moulage de la cavité (20) d'isolation, - une quatrième étape de coulée dudit noyau de sable, - une cinquième étape au cours de laquelle les tubes (16, 18, 22, 30) de l'élément (12) interne et le noyau de sable sont placés dans un moule comportant une empreinte de l'élément (14) externe, une sixième étape de coulée de l'élément (14) externe, une septième étape de démoulage de l'élément (14) externe, - une huitième étape de dessablage du noyau de sable, une neuvième étape d'usinage du collecteur (10) et des extrémités (24, 32, 42) des tubes (16, 22, 30) qui dépassent des faces (13, 15) de l'élément (14) externe. et une dixième étape de montage d'un bouchon étanche dans 5 le perçage (46) de l'élément (14) externe. 8) Moteur à combustion interne comportant une culasse et un collecteur d'échappement selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les extrémités (24, 32) qui s'étendent jusqu'à une première face (13) de l'élément (14) externe sont en contact avec les extrémités des conduits d'échappement de la culasse. 9) Moteur à combustion interne selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'extrémité (42) qui s'étend jusqu'à une deuxième face (15) de l'élément (14) externe est en contact avec une extrémité de la ligne d'échappement du moteur.