Brevet FR2877042A1 — publié le 20060428

i DISPOSITIF DE FIXATION D'UN COLLECTEUR DE GAZ D'ECHAPPEMENT L'invention concerne un dispositif pour fixer un collecteur de gaz d'échappement à une culasse d'un moteur à combustion interne, et comportant au moins un tuyau d'échappement possédant au moins un corps de raccordement ainsi qu'un élément de retenue qui repousse le corps de raccordement contre la culasse, et dans lequel l'élément de retenue est fixé de façon amovible, à l'aide de moyens de serrage, sur la culasse, le corps de raccordement est réalisé en tôle et comporte un collet formant bride circonférentielle qui s'étend radialement et est tourné vers l'extérieur, et le corps de raccordement s'étend avec jeu à travers une ouverture de passage de l'élément de retenue possédant une configuration annulaire, et le collet formant bride du corps de raccordement s'engage derrière cet élément de retenue. La fixation d'un collecteur de gaz d'échappement à une culasse d'un moteur à combustion interne est réalisée d'une manière générale par le fait qu'on fixe fermement une bride de tête du collecteur de gaz d'échappement à la culasse par exemple à l'aide de trois vis pour chaque conduit de sortie. Le type de fixation est déterminant pour la durée de vie des composants étant donné que les températures élevées des gaz d'échappement provoquent un échauffement très intense des composants véhiculant les gaz d'échappement. En outre, il existe un gradient de température relativement élevé dans la zone de jonction reliant la culasse aux composants guidant les gaz d'échappement, étant donné que la culasse est refroidie de façon permanente. Les variations thermiques de longueur dans la culasse et dans les composants guidant les gaz d'échappement sont très différentes en raison du gradient élevé de température. Dans les sections chaudes du collecteur de gaz d'échappement il apparaît des contraintes qui conduisent à un fluage du matériau et à une forte réduction de la durée de vie du collecteur des gaz d'échappement. Pour éviter de tels endommagements, il a été proposé par exemple des liaisons avec serrage (DE 196 53 908 Al). Des brides en fonte et également des brides en tôle font partie, par exemple d'après DE 296 15 840 U1, de l'état de la technique. Des brides en tôle contribuent en principe à accroître la durée de vie, étant donné que la tôle possède une plus grande élasticité que la fonte. La fixation, réalisée exclusivement au moyen d'une technique de vissage, d'un collecteur des gaz d'échappement sur la culasse conduit en général au fait que des contraintes thermiques élevées apparaissent dans la zone de jonction entre la bride tête et les tubes collecteurs et le collecteur des gaz d'échappement. La fixation avec serrage requiert en général un espace de montage accru. Le rayon d'au moins 3 mm, qui est nécessaire du point de vue de la technique de formage lors de l'utilisation de brides en tôle, conduit au fait que, d'une manière conditionnée par la fabrication, un espace de montage supplémentaire est nécessaire pour le joint d'étanchéité de la bride de tête. Des joints d'étanchéité de brides de tête en tôle présentent l'inconvénient consistant en ce qu'il faut utiliser au moins un joint d'étanchéité de bride de tête à deux couches ou à trois couches étant donné que l'on ne peut pas exclure que la bride de tête s'écarte relativement aisément de la culasse, dans des zones critiques. Dans DE 197 43 399 Al, on propose une bride pour une installation d'échappement à plusieurs flux de véhicules automobiles. La bride est disposée sur la tête du moteur et sert à transférer des gaz d'échappement dans plusieurs canalisations de gaz d'échappement. La bride est formée de plusieurs couches par la réunion de plusieurs pièces découpées et de pièces moulées. La solidité du point de liaison est améliorée par le fait qu'il est prévu une pièce découpée ou une pièce moulée supplémentaire en tôle, qui s'étend à partir d'une canalisation des gaz d'échappement et s'applique sur le bloc moteur. DE 198 07 312 Al décrit également un dispositif de raccordement pour un tuyau d'échappement à un moteur à combustion interne. Une bride d'étanchéité est serrée, moyennant l'installation d'un élément d'étanchéité, par une bride de fixation contre un bloc moteur. De cette manière les gaz d'échappement peuvent être transférés du bloc moteur à une canalisation d'échappement. L'élément de retenue comporte un renfoncement servant à loger la bride d'étanchéité. EP 0 178 430 Al représente un corps de raccordement comportant une partie étagée, qui est raccordée à une bride et dans laquelle un tuyau d'échappement est enfiché d'une manière étanche au fluide. L'invention a pour but de fournir un dispositif pour la fixation d'un collecteur de gaz d'échappement à une culasse d'un moteur à combustion interne, qui garantisse une application sûre du collecteur de gaz d'échappement sur la culasse et simultanément ne requiert qu'un faible espace de montage. Ce problème est résolu par un dispositif du type indiqué plus haut, caractérisé en ce que le collet formant bride est repoussé par l'élément de retenue contre la culasse avec l'interposition d'un joint d'étanchéité et que l'élément de retenue comporte un évidement circonférentiel pour loger le collet formant bride, l'évidement étant formé des deux côtés de l'élément de retenue. Dans le dispositif selon l'invention, le tuyau 35 d'échappement comprend un corps de raccordement ainsi qu'un élément de retenue qui repousse le corps de raccordement contre la culasse. L'élément de retenue est fixé de façon amovible à l'aide de moyens de serrage, à la culasse. Le corps de raccordement est réalisé en tôle et possède un collet formant bride circonférentielle qui s'étend radialement et est dirigé vers l'extérieur et est repoussé par l'élément de retenue contre la culasse moyennant l'interposition d'une garniture d'étanchéité. Le corps de raccordement s'étend avec jeu à travers une ouverture de passage de l'élément de retenue configuré avec une forme annulaire et le collet formant bride du corps de raccordement s'engage derrière cet élément. L'élément de retenue comporte un évidement circonférentiel servant à loger le collet formant bride. L'évidement est formé des deux côtés de l'élément de retenue. L'évidement permet de rapprocher l'élément de retenue de la culasse, auquel cas pour le serrage, notamment pour le vissage, de l'élément de retenue sur la culasse, une fente doit subsister entre l'élément de retenue et la culasse. Le collet formant bride est guidé de façon précise dans l'évidement. Le diamètre intérieur de l'évidement est choisi supérieur au diamètre extérieur du collet formant bride. Lorsque des évidements sont disposés des deux côtés de l'élément de retenue, ce dernier est réalisé sous la forme d'un composant réversible, c'est-à-dire pouvant être utilisé d'une manière interchangeable, d'un côté ou de l'autre. Dans ce cas, l'élément de retenue peut être réalisé avec un seul outillage pour un moteur à combustion interne. Ceci est avantageux par exemple pour des moteurs V6, dans lesquels des collecteurs de gaz d'échappement sont prévus des deux côtés du moteur. Cette forme de réalisation est remarquablement compacte et présente l'avantage consistant en ce qu'une zone de jonction élastique est créée entre le tuyau d'échappement et la culasse, ce qui a un effet positif sur la durée de vie du collecteur des gaz d'échappement. Ce qui est déterminant c'est notamment que le corps de raccordement est réalisé en tôle. En raison de la fixation avec serrage du collet formant bride dirigé vers l'extérieur, l'épaisseur du matériau du corps de raccordement en tôle peut être relativement faible. En principe il suffit que le corps de raccordement possède la même épaisseur de paroi que le tuyau d'échappement. Dans le cas de faibles épaisseurs de paroi, on peut également obtenir de faibles rayons de courbure. Dans le cas du dispositif selon l'invention, le rayon de courbure est situé au voisinage direct du canal de sortie et non, comme dans le cas de brides formées de composants en tôle avec des tuyaux d'échappement soudés, à une distance plus importante du conduit de sortie. De ce fait il est possible d'avoir un agencement plus compact que dans le cas des brides de tête constituées par des composants en tôle. D'autre part dans la zone de jonction entre le corps de raccordement et la culasse il apparaît, en raison du faible rayon de courbure, uniquement de très faibles perturbations de l'écoulement des gaz d'échappement. Ce qui est essentiel également c'est que le corps de raccordement traverse avec jeu l'ouverture de passage. De cette manière, il existe une élasticité accrue dans la zone de jonction du tuyau d'échappement avec la culasse, ce qui accroît la durée de vie du collecteur de gaz d'échappement. Le corps de raccordement peut être réalisé directement à partir du tuyau d'échappement du collecteur de gaz d'échappement, auquel cas, pour le montage, l'élément de retenue peut être emmanché au préalable sur le tuyau d'échappement ou sur le corps de raccordement réalisé d'un seul tenant avec le tuyau d'échappement. Dans la mesure où la configuration du tuyau d'échappement le permet, l'élément de retenue peut être également emmanché ultérieurement assurément avant l'assemblage des différents tuyaux d'échappement, sur un tuyau d'échappement individuel. En principe on peut également envisager que l'élément de retenue soit relié au moyen d'un soudage par points ou d'un brasage au collet formant bride. Dans le cas de culasses comportant plusieurs conduits de sortie, on peut imaginer que l'élément de retenue comporte plusieurs ouvertures de passage pour un nombre correspondant de corps de raccordement et de tuyaux d'échappement. Le dispositif selon l'invention est approprié pour différentes sections transversales de conduits de sortie, comme par exemple des sections transversales de sortie rondes, ovales ou même en forme de reins (ou en haricot). Dans une autre forme de réalisation, le corps de raccordement comporte une partie médiane qui guide les gaz d'échappement et à laquelle d'une part le collet formant bride se raccorde et à laquelle d'autre part le tuyau d'échappement se raccorde d'une manière étanche au fluide en tant que composant séparé. A cet effet le tuyau d'échappement peut être soudé au corps de raccordement en tôle. Cependant il est également possible que le tuyau d'échappement s'engage dans une section de réception de diamètre accru de l'élément de raccordement. De même la configuration inverse, dans laquelle le tuyau d'échappement entoure extérieurement l'élément de raccordement, est possible. A cet effet on peut prévoir une section de réception élargie de façon correspondante, sur le tuyau d'échappement. Ce qui est essentiel c'est que l'élasticité soit conservée dans la zone de jonction avec la culasse, indépendamment de la façon selon laquelle le tuyau d'échappement est fixé au corps de raccordement agencé sous la forme d'un composant séparé. Dans la mesure où il est prévu une section de réception de diamètre accru sur le tuyau d'échappement ou sur l'élément de raccordement, le diamètre intérieur de l'ouverture de passage centrale de l'élément de retenue doit être supérieur au diamètre extérieur de la section de réception, afin de garantir le jeu requis et par conséquent l'élasticité désirée. L'invention va être expliquée ci-après en référence à un exemple de réalisation représenté schématiquement sur la figure unique. La figure représente une partie d'une culasse 1 d'un moteur à combustion interne au niveau d'un conduit 2 de gaz d'échappement. Les gaz d'échappement, qui sortent du conduit 2 de gaz d'échappement, sont dirigés dans un collecteur de gaz d'échappement 3, qui est représenté seulement partiellement. Le conduit 2 de gaz d'échappement comprend au moins un tuyau d'échappement 4 ainsi qu'au moins un corps de raccordement 5 relié de façon étanche au fluide au tuyau d'échappement 4. Le tuyau d'échappement 4 et le corps de raccordement 5 sont réunis par soudage d'une manière non représentée de façon plus détaillée. Le corps de raccordement 5 est fixé à la culasse 1 par l'intermédiaire d'un élément de retenue 6. A cet effet, dans l'élément de retenue 6 est prévu au moins un perçage traversant 7, dans lequel peut être inséré un boulon non représenté de façon détaillée. D'autres perçages traversants 7 non représentés de façon détaillée sont situés à l'extérieur du plan de coupe. Le composant central du dispositif pour la fixation du collecteur d'échappement 3 à la culasse 1 est le corps de raccordement 5. Le corps de raccordement 5 est un composant séparé réalisé en tôle, qui possède un collet circonférentiel formant bride 8 qui s'étend radialement et est dirigé vers l'extérieur. Le corps de raccordement 5 traverse avec jeu une ouverture de passage centrale 9 de l'élément de retenue 6 réalisé avec une configuration annulaire. Le diamètre extérieur A du collet formant bride 8 est dimensionné de manière à être supérieur au diamètre intérieur I de l'ouverture de passage centrale 9 de sorte que le collet formant bride 8 s'engage derrière l'élément de retenue 6. Le collet formant bride 8 est situé dans un évidement circonférentiel 10, dont le diamètre intérieur Il est nettement supérieur au diamètre extérieur A du collet formant bride 8. De ce fait, les tolérances de fabrication peuvent être compensées dans certaines limites. Dans cet exemple de réalisation, un autre évidement 11 est formé sur le côté de l'élément de retenue 6, situé à l'opposé de la culasse 1. L'élément de retenue 6 est agencé d'une manière symétrique par rapport à son plan médian transversal MQE qui s'étend verticalement dans le plan du dessin, de sorte que l'élément de retenue 6 peut être inséré en tant que composant réversible. Un joint d'étanchéité 12 est retenu à l'état serré entre le collet formant bride 8 et la culasse 1. Le corps de raccordement 5 possède, dans cet exemple de réalisation, une partie médiane cylindrique 13, qui guide les gaz d'échappement et dont le diamètre intérieur I2 correspond au diamètre intérieur du tuyau d'échappement 4 et au diamètre intérieur du conduit 2 des gaz d'échappement dans la culasse 1. A la partie médiane cylindrique 13 se raccorde, côté culasse, au moyen d'un rayon de courbure, le collet formant bride 8, qui est coudé à 90 et est tourné vers l'extérieur. Sur le côté, tourné vers l'extérieur de la culasse 1, de la partie médiane cylindrique 13 se raccorde une section de réception 14 de diamètre accru, dans laquelle s'engage le tuyau d'échappement 4. Le diamètre extérieur Al de la section de réception 14 est inférieur au diamètre intérieur I de l'ouverture de passage 9. La section de réception 14 succède aussi près que possible à l'ouverture de passage 9 et, dans cet exemple de réalisation, commence directement à la suite de l'élément de retenue 6. Dans cet exemple de réalisation, la section de jonction 15, qui s'étend entre la partie médiane 13 et la section de réception 14, s'élargit en forme d'entonnoir et est située presque entièrement à l'intérieur de l'ouverture de passage 9 de l'élément de retenue 6. Liste des références: 1 - Culasse 2 - Conduit de gaz d'échappement dans 1 3 - Collecteur des gaz d'échappement 4 - Tuyau d'échappement de 3 - Corps de raccordement de 3 6 - Elément de retenue de 3 7 - Perçage traversant dans 6 8 - Collet formant bride de 5 9 - Ouverture de passage dans 6 Evidement dans 6 11 - Evidement dans 6 12 - Joint d'étanchéité 13 - Partie médiane de 5 14 - Section de logement de 5 15 - Section de jonction de 5 A - Diamètre extérieur de 8 Al - Diamètre extérieur de 14 I - Diamètre intérieur de 9 Il - Diamètre intérieur de 10 12 - Diamètre intérieur de 13 MQE - Plan médian transversal de 6 REVENDICATIONS 1. Dispositif pour fixer un collecteur de gaz d'échappement à une culasse d'un moteur à combustion interne, comportant au moins un tuyau d'échappement (4) possédant au moins un corps de raccordement (5) ainsi qu'un élément de retenue (6) qui repousse le corps de raccordement (5) contre la culasse (1), et dans lequel l'élément de retenue (6) est fixé de façon amovible, à l'aide de moyens de serrage, sur la culasse (1), le corps de raccordement (5) est réalisé en tôle et comporte un collet formant bride (8) circonférentielle qui s'étend radialement et est tourné vers l'extérieur, et le corps de raccordement (5) s'étend avec jeu à travers une ouverture de passage (9) de l'élément de retenue (6) possédant une configuration annulaire, et le collet formant bride (8) du corps de raccordement (5) s'engage derrière cet élément de retenue, caractérisé en ce que le collet formant bride (8) est repoussé par l'élément de retenue (6) contre la culasse (1) avec interposition d'un joint d'étanchéité (12) et que l'élément de retenue (6) comporte un évidement circonférentiel (10, 11) pour loger le collet formant bride (8), l'évidement (10, 11) étant formé des deux côtés de l'élément de retenue (6). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé 25 en ce que l'élément de retenue entoure deux ou plus de deux corps de raccordement. 3. Dispositif selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le corps de raccordement (5) possède une partie médiane (13), qui guide les gaz d'échappement et à laquelle d'une part se raccorde le collet formant bride (8) et à laquelle d'autre part se raccorde, d'une manière étanche au fluide, un tuyau d'échappement (4) en tant que composant séparé. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé 35 en ce que le tuyau d'échappement (4) s'engage dans une section de réception (14) de diamètre accru du corps de raccordement (5). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le diamètre intérieur (I) de l'ouverture centrale 5 de passage (9) de l'élément de retenue (6) est supérieur au diamètre extérieur (Al) de la section de réception (14).