Brevet FR2953580A1 — publié le 20110610

Bride et dispositif de jonction de conduits de circulation de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne et applications. L'invention concerne principalement une bride de jonction de conduits de circulations de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne. L'invention porte également sur un dispositif de jonction comportant une telle bride ainsi que sur les applications de ce dispositif. La température et la pression des gaz utilisés dans les moteurs à combustion interne, et notamment dans les moteurs diesel, nécessitent une io attention particulière quant à l'étanchéité des conduits de circulation de ces gaz. Après leur combustion dans le moteur, les gaz s'échappent par la soupape et sont véhiculés hors culasse par un conduit d'échappement rapporté vers le collecteur d'échappement, par l'intermédiaire de tubes d'échappement primaire. Pour assurer l'assemblage étanche des conduits d'échappement rapportés is sur les tubes d'échappement primaire et l'assemblage de ces tubes d'échappement primaires sur le collecteur d'échappement, on utilise habituellement une bride de jonction qui est montée à l'extrémité du tube d'échappement primaire et dans laquelle vient se loger un joint d'étanchéité. On se réfère aux figures 1 à 3 qui représentent l'état de l'art antérieur pour 20 décrire l'assemblage et la bride de jonction couramment utilisés. La figure 1 est une vue schématique en perspective qui représente principalement les tubes d'échappement primaire et le collecteur d'échappement d'un moteur diesel à quatre cylindres à plat. La figure 2 est une vue schématique en coupe d'un tube d'échappement primaire de la figure 1. La figure 3 est une vue 25 en coupe du dispositif de jonction selon la ligne III-III de la figure 1. En référence à la figure 1, les conduits d'échappement rapportés dont les extrémités 1 sont représentées, sont solidarisés aux tubes d'échappement primaires 2 au moyen d'un dispositif de jonction 3. De la même façon, ces tubes d'échappement primaires 2 sont fixés au collecteur d'échappement 4 grâce au 30 même dispositif de jonction 3. Chaque dispositif de jonction 3 comprend une bride de jonction annulaire 5 qui est emmanchée et soudée à l'extrémité considérée 6 du tube d'échappement primaire 2. Par conséquent, chaque tube d'échappement primaire 2 comporte deux brides de jonction 5 au niveau de chacune de ses extrémités 6. On retrouve sur la figure 3 l'extrémité du conduit d'échappement rapporté 1 et la bride de jonction 5 coaxialement disposés en regard l'un de l'autre et qui présentent chacun une partie tubulaire 6,7 se prolongeant vers la zone de jonction 8 par une collerette respectivement 9,10 dont la surface annulaire externe comporte une partie plane inclinée 11,12. Les surfaces de jonction respectives 13,14 de l'extrémité du conduit d'échappement rapporté 1 et de la bride de jonction 5 présentent chacune un décroché 15,16 s'étendant à l'opposé de la zone de jonction 8 et permettant de réceptionner la partie circulaire interne 17 d'un joint d'étanchéité 18 qui est io d'épaisseur supérieure à la partie circulaire externe 19 de ce même joint 18. Le joint d'étanchéité 18 est réalisé en un alliage métallique présentant une ductilité importante, par exemple un alliage de type Inconel ou Monel. Le joint d'étanchéité 18 vient ainsi épouser les surfaces de jonction respectives 13,14 de l'extrémité du collecteur d'échappement 1 et de la bride de jonction 5 lorsqu'il est is pris en sandwich entre ces deux surfaces 13,14 au moyen d'un collier de serrage 20 également visible sur la figure 1. Le collier de serrage 20 vient s'appliquer depuis la partie plane inclinée 11 de l'extrémité du conduit d'échappement rapporté 1 jusqu'à la partie plane inclinée 12 de la bride de jonction 5 et maintient enserré l'ensemble formé par l'extrémité 20 du conduit d'échappement rapporté 1, le joint d'étanchéité 18 et la bride de jonction 5 au moyen d'une vis 21 visible sur la figure 1. Si un tel système permet d'assurer la circulation des gaz vers le tube d'échappement puis vers le collecteur d'échappement 4, il présente néanmoins un certain nombre d'inconvénients. 25 En effet, le nombre de pièces présentes au niveau de ce dispositif de jonction 3 à savoir, l'extrémité du conduit d'échappement rapporté 1, la bride de jonction 5 et le joint d'étanchéité 18 ainsi leur géométrie telle que décrite précédemment et leurs états de surface respectifs peuvent nuire à la fonction principale d'étanchéité de ce dispositif. 30 Par ailleurs, comme visible sur la figure 3, le diamètre interne Dl du joint d'étanchéité 18 est supérieur aux diamètres internes respectifs D2 et D3 de l'extrémité du conduit d'échappement rapporté 1 et de la bride de jonction 5 ce qui engendre une perte de charge locale. Les brides et dispositifs de jonction de l'art antérieur sont utilisés à différents points du circuit d'échappement. Ils visent toujours à solidariser un premier conduit à l'extrémité duquel est monté la bride de jonction, à un deuxième conduit. Les inconvénients engendrés par ces brides et dispositifs sont les mêmes que ceux évoqués plus haut. Dans ce contexte, la présente invention vise principalement à fournir une bride de jonction assurant au dispositif de jonction une étanchéité améliorée, une circulation optimisée des gaz ainsi qu'une fabrication et un montage des pièces facilités et ce, pour une utilisation en tout point du circuit de circulation des gaz io nécessitant une telle installation. A cet effet, la bride de jonction de l'invention est destinée à être montée à l'extrémité d'un premier conduit en regard de l'extrémité d'un deuxième conduit dont la surface de jonction présente au moins un décroché, et présente une surface de jonction comportant un décroché qui épouse le décroché de l'extrémité 15 du deuxième conduit lorsque les surfaces de jonction respectives de l'extrémité du deuxième conduit et de la dite bride de jonction sont au contact l'une de l'autre. Cette configuration permet de s'affranchir du joint d'étanchéité et d'amélioré l'étanchéité du dispositif de jonction qui sera décrit plus loin. La bride de jonction de l'invention peut également comporter les 20 caractéristiques optionnelles suivantes considérées isolément ou selon toutes les combinaisons techniques possibles : - sa surface de jonction épouse toute la surface de jonction de l'extrémité du deuxième conduit lorsque ces deux surfaces de jonction sont au contact l'une de l'autre. 25 - elle est emmanchée à l'extrémité du premier conduit. - son diamètre interne pris au niveau de la zone de jonction est sensiblement identique au diamètre interne de l'extrémité du deuxième conduit. - elle est réalisée en un acier relativement ductile. La présente invention porte également sur un dispositif de jonction qui est 30 essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte une bride de jonction telle que précédemment décrite, dont la surface de jonction est maintenue en appui de serrage contre la surface de jonction de l'extrémité du deuxième conduit au moyen d'un élément de serrage. La réduction du nombre d'interfaces impliquées dans ce dispositif permet d'améliorer l'étanchéité au niveau de la zone de jonction. Avantageusement, dans le dispositif de jonction de l'invention, la bride de jonction et l'extrémité du deuxième conduit présentent chacun une collerette s'étendant vers la zone de jonction et dont la surface annulaire externe comporte une partie plane inclinée, sur laquelle un collier de serrage vient en prise appliquer une force dirigée vers la zone de jonction. Enfin, la présente invention porte sur les applications suivantes de ce dispositif de jonction : io - le dispositif de jonction peut permettre d'assembler un conduit d'échappement rapporté à un tube d'échappement primaire, la bride de jonction étant montée à l'extrémité du tube d'échappement primaire. - le dispositif de jonction peut permettre d'assembler le collecteur d'échappement à un tube d'échappement primaire, la bride de jonction étant is montée à l'extrémité du tube d'échappement primaire. - le dispositif de jonction peut permettre de raccorder un turbocompresseur à la ligne d'admission et/ou pour solidariser un conduit de la ligne d'admission à un répartiteur d'admission. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement 20 de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles : - la figure 1 déjà décrite est une représentation schématique en perspective montrant principalement les tubes d'échappement primaire, le collecteur d'échappement d'un moteur diesel à quatre cylindres à plat et les dispositifs de 25 jonction associés de l'art antérieur, - la figure 2 déjà décrite est une vue schématique en coupe d'un tube d'échappement primaire de la figure 1 aux extrémités duquel la bride de jonction de l'art antérieur est fixée, - la figure 3 déjà décrite est une vue schématique en coupe selon la ligne III- 30 III de la figure 1 qui représente le dispositif de jonction de l'art antérieur, et - la figure 4 est une vue schématique en coupe similaire à celle de la figure 3 qui représente le dispositif de jonction de l'invention et la bride de jonction de l'invention. Les figures 1 à 3 qui montrent la bride de jonction et le dispositif de jonction de l'art antérieur et qui ont déjà été décrites dans la première partie ne seront pas de nouveau décrite. Cependant, les références des éléments communs entre le dispositif de jonction de l'art antérieur et le dispositif de jonction de l'invention seront reprises à l'identique. En référence à la figure 4, le dispositif de jonction de l'invention 25 présente une première partie qui peut être l'extrémité d'un conduit d'échappement rapporté lorsque ce dispositif permet la circulation des gaz entre le conduit d'échappement rapporté et un tube d'échappement primaire. io L'extrémité du conduit d'échappement rapporté 1 présente la même géométrie que celle décrite en référence à la figure 3 à savoir principalement une partie tubulaire 6 se prolongeant vers la zone de jonction 26 par une collerette 9 dont la surface annulaire externe comporte une partie plane inclinée 11. Elle comporte également une surface de jonction 13 présentant un décroché 15 15 s'étendant vers la zone de jonction 26. Le dispositif de jonction de l'invention 25 intègre également une bride de jonction 27 présentant une partie tubulaire 28 se prolongeant vers la zone de jonction 26 par une collerette 29 dont la surface annulaire externe comporte une partie plane inclinée 30. La bride de jonction de l'invention 27 est emmanchée à 20 l'extrémité du tube d'échappement primaire 6. La surface de jonction 31 de la bride de jonction 27 présente un décroché 32 s'étendant vers la zone de jonction 26 de façon à venir épouser le décroché 15 de la surface de jonction 13 de l'extrémité du conduit d'échappement rapporté 1 lorsque ces deux surfaces de jonction 31 et 13 sont au contact l'une de l'autre. 25 La bride de jonction 27 est réalisée en un matériau métallique présentant une certaine ductibilité, par exemple en acier inoxydable. Le collier de serrage 20 est identique à celui décrit en référence à l'art antérieur et vient donc s'appliquer depuis la partie plane inclinée 11 de l'extrémité du conduit d'échappement rapporté 1 jusqu'à la partie plane inclinée 30 de la 30 bride de jonction 27 et maintient enserré l'ensemble formé par l'extrémité du conduit d'échappement rapporté 1 et la bride de jonction 27 au moyen d'une vis non visible sur la figure 4. Par ailleurs, le diamètre interne D2 de l'extrémité du conduit d'échappement rapporté 1 au niveau de la zone de jonction 26 et le diamètre interne D4 de la bride de jonction 27 sont sensiblement identiques et sont précisément pour cette application de 43,25 millimètres. L'assemblage coaxial de l'extrémité du conduit d'échappement rapporté 1 et de la bride de jonction de l'invention 27 permet de maintenir un diamètre interne constant le long du dispositif de jonction de l'invention de sorte qu'il n'y a plus de perte de charge observée ce qui facilite la circulation des gaz. La bride et le dispositif de l'invention ont été précédemment décrits pour assurer la liaison entre le conduit d'échappement rapporté et le tube d'échappement primaire. Cette bride et ce dispositif sont également utilisés pour io assurer la liaison entre le tube d'échappement primaire et le collecteur d'échappement, la bride de jonction étant dans ce cas également emmanchée à l'extrémité du tube d'échappement primaire. Le dispositif de jonction de l'invention 25 ne comporte donc plus de joint d'étanchéité, la géométrie et la nature de la bride de jonction 27 permettant is d'assurer cette fonction. La diminution du nombre de pièces du dispositif de jonction permet d'améliorer l'étanchéité sur la ligne d'échappement, tant au niveau de la jonction entre le conduit d'échappement rapporté et le tube d'échappement primaire qu'entre le tube d'échappement primaire et le collecteur d'échappement, et ainsi 20 de conserver le débit de gaz d'échappement et de mieux alimenter la turbine du turbocompresseur. Enfin, la diminution du nombre de pièces impliquées dans ce dispositif permet également de diminuer les coûts de fabrication tout en facilitant la fabrication et le montage de ces pièces. 25 La bride et le dispositif de jonction de l'invention trouvent également application en tout point du circuit d'admission nécessitant un tel système. On pourra notamment prévoir d'installer ce dispositif en sortie du turbocompresseur ou à l'entrée du répartiteur d'admission. 30 REVENDICATIONS1. Bride (27) de jonction de conduits de circulation de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, la dite bride (27) étant destinée à être montée à l'extrémité (6) d'un premier conduit (2) en regard de l'extrémité d'un deuxième conduit (1) dont la surface de jonction (13) présente au moins un décroché (15), caractérisée en ce qu'elle présente une surface de jonction (31) comportant un décroché (32) qui épouse le décroché (15) de l'extrémité du deuxième conduit (1) lorsque les surfaces de jonction respectives (13,31) de l'extrémité du deuxième conduit (1) et de la dite bride de jonction (27) sont au contact l'une de l'autre. 2. Bride de jonction selon la revendication 1, caractérisée en ce que sa Surface de jonction (31) épouse toute la surface de jonction (13) de l'extrémité du deuxième conduit (1) lorsque ces deux surfaces de jonction (31,13) sont au contact l'une de l'autre. 3. Bride de jonction selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, Caractérisée en ce qu'elle est emmanchée à l'extrémité (6) du premier conduit (2). 4. Bride de jonction selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que son diamètre interne (D4) pris au niveau de 25 la zone de jonction (26) est sensiblement identique au diamètre interne (D2) de l'extrémité du deuxième conduit (1). 5. Bride de jonction selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est réalisée en un acier relativement 30 ductile. 6. Dispositif de jonction de conduits de circulation de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comporte une bride de jonction (27) selon l'une quelconque des revendications 1 35 à 5 dont la surface de jonction (31) est maintenue en appui de serrage contre la surface de jonction (13) de l'extrémité du deuxième conduit (1) au moyen d'un élément de serrage (20). 7. Dispositif de jonction selon la revendication 6, caractérisé en ce que La bride de jonction (27) et l'extrémité du deuxième conduit (1) présentent chacun une collerette (29,9) s'étendant vers la zone de jonction (26) et dont la surface annulaire externe comporte une partie plane inclinée (30,11), sur lesquels plans inclinés (30,11) un collier de serrage (20) vient en prise appliquer une force dirigée vers la zone de jonction (26). 8. Utilisation du dispositif de jonction des revendications 6 et 7 pour assembler un conduit d'échappement rapporté (1) à un tube d'échappement primaire (2), la bride de jonction (27) étant montée à l'extrémité (6) du tube d'échappement primaire (2). 9. Utilisation du dispositif de jonction des revendications 6 et 7 pour assembler le collecteur d'échappement (4) à un tube d'échappement primaire (2), la bride de jonction (27) étant montée à l'extrémité du tube d'échappement primaire (2). 20