Brevet FR2990469A1 — publié le 20131115

Raccord de collecteur d'échappement avec zone de rupture de bride La présente invention concerne un raccord destiné à raccorder un collecteur d'échappement à une culasse de moteur, le raccord comprenant : - une bride avec une partie de montage adaptée pour monter la bride sur la culasse de moteur ; - une contre-bride adaptée pour le raccordement avec la partie de montage de la bride ; et - au moins un élément de séparation positionné entre la contre-bride et la culasse de moteur. La figure 1 représente un détail d'un raccord 110 dans son état opérationnel dans lequel il raccorde un collecteur d'échappement à une culasse de moteur 112. L'illustration est limitée à une section d'une région de fixation de la culasse de moteur 112, à proximité d'une sortie d'échappement 114 de la culasse de moteur 112. La tubulure du collecteur d'échappement n'est pas représentée. Le raccord 110 comprend, de haut en bas, un élément de fixation 116, c'est-à-dire un goujon 118 avec un écrou 120 correspondant, une entretoise 122, une bride 124 et un élément d'étanchéité 126. Le goujon 118 définit un axe longitudinal X-X du raccord 110. L'entretoise 122 a un corps principal 128 avec un trou de passage de corps principal 130, la bride 124 a un trou de passage de bride 132, et l'élément d'étanchéité 126 a un trou de passage d'élément d'étanchéité 134, les trois trous de passage 130, 132 et 134 recevant le goujon 118. Lors du raccordement du collecteur d'échappement à la culasse 112, on applique un couple de fixation important (par exemple 25 Nm) sur l'écrou 120. Par conséquent, l'écrou 120 applique une force axiale importante sur l'entretoise 122, laquelle force est transmise à la bride 124 et à l'élément d'étanchéité 126. Dans un tel mode d'assemblage, le canal de gaz d'échappement qui est raccordé à la bride 124 est rigidement serré à la culasse de moteur 112. Pendant le fonctionnement, le canal de gaz d'échappement est chauffé par les gaz d'échappement et donc soumis à des contraintes thermiques substantielles. Par conséquent, ce raccord connu est conçu pour des collecteurs d'échappement solides et résistants qui peuvent résister aux contraintes thermomécaniques générées par le raccordement rigide existant sur la culasse de moteur 112. Il ne peut pas être utilisé pour raccorder des collecteurs d'échappement à fine paroi et donc plus fragiles. Dans les applications automobiles, les collecteurs d'échappement à fine paroi sont souhaitables en raison de leur poids réduit. L'épaisseur de paroi des collecteurs d'échappement à fine paroi est typiquement de l'ordre de 0,4 à 0,8 mm. Une solution connue pour le raccordement des collecteurs d'échappement à fine paroi consiste à ajouter un compensateur thermique tel qu'un soufflet ou un raccord coulissant au canal de gaz d'échappement entre les raccordements de culasse. Cependant, l'utilisation d'un soufflet n'est pas toujours possible étant donné que le soufflet a besoin d'espace à la fois dans la direction longitudinale et dans la direction radiale, espace qui n'est pas toujours disponible. L'espace disponible peut, par exemple, être déjà occupé par un turbocompresseur ou un système de recirculation des gaz d'échappement (EGR de l'anglais « Exhaust Gas Recirculation ») raccordé au collecteur d'échappement. L'utilisation d'un raccord coulissant est également problématique étant donné qu'il ne garantit pas toujours un joint étanche dans toutes les conditions de fonctionnement. Un objet général de la présente invention est par conséquent de proposer un raccord destiné à raccorder des collecteurs d'échappement à fine paroi aux culasses de moteur. Selon un objet de l'invention, le raccord proposé doit assurer un joint étanche entre le collecteur d'échappement et la culasse de moteur dans toutes les conditions de fonctionnement. Selon un autre objet de l'invention, le raccord proposé doit limiter la contrainte qui doit être supportée par le collecteur d'échappement dans les conditions de fonctionnement. Selon un autre objet de l'invention, le raccord proposé doit être de petites dimensions afin de libérer l'espace pour les autres composants. Selon un autre objet de l'invention, le raccord proposé doit être facile, rapide et bon marché à fabriquer. Ces objets sont atteints par un raccord destiné à raccorder un collecteur d'échappement à une culasse de moteur, le raccord comprenant : - une bride avec une partie de montage adaptée pour monter la bride sur la culasse de moteur ; - une contre-bride adaptée pour le raccordement avec la partie de montage de la bride ; et - au moins un élément de séparation positionné entre la contre-bride et la culasse de moteur ; caractérisé en ce que la bride comprend au moins une zone de rupture disposée en couche sur le ou chaque élément de séparation, la bride étant adaptée pour se rompre lorsqu'une contrainte est appliquée sur ladite bride. Le raccord selon l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes combinaisons techniquement possibles : - la bride a au moins une zone principale avec un trou de zone principale pour les gaz d'échappement, la ou chaque zone de rupture ayant un trou de passage de zone de rupture pour recevoir un élément de fixation ; - la somme de l'épaisseur du ou de chaque élément de séparation et de l'épaisseur de la ou chaque zone de rupture est supérieure à l'épaisseur de la ou chaque zone principale ; - la ou chaque zone de rupture est assemblée à la contre-bride ; - le ou chaque élément de séparation est positionné entre la bride et la culasse de moteur ou entre la contre-bride et la bride ; - le ou chaque élément de séparation fait partie de la bride ; - le ou chaque élément de séparation est un élément supplémentaire positionné entre la bride et la culasse de moteur ou entre la contre-bride et la bride ; - il comprend en outre un élément d'étanchéité, en particulier un joint, adapté pour assurer l'étanchéité aux gaz d'échappement entre le collecteur d'échappement et la culasse de moteur, et dans lequel le ou chaque élément de séparation fait partie de l'élément d'étanchéité ; - la contre-bride a un trou de passage de contre-bride adapté pour recevoir l'élément de fixation et dans lequel le raccord a un trou de passage de bride, le trou de passage de bride étant adapté pour recevoir ledit élément de fixation ; - le ou chaque élément de séparation est une surépaisseur ; - il comprend au moins une ligne cassable de matériau positionnée entre la ou chaque zone principale et la ou chaque zone de rupture de la bride. L'invention concerne également un procédé d'assemblage d'un collecteur d'échappement à une culasse de moteur, le procédé comprenant : - une étape de fourniture d'un raccord tel que décrit plus haut ; - une étape d'assemblage dudit raccord avec la culasse de moteur et le collecteur d'échappement ; et - une étape de rupture de la ou chaque zone de rupture de la bride. Le procédé selon l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des étapes suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes combinaisons techniquement possibles : - l'étape de rupture est réalisée pendant l'étape d'assemblage ; - l'étape de rupture est réalisée après l'étape d'assemblage, lorsqu'une contrainte thermomécanique est appliquée sur la bride. L'invention concerne également un collecteur d'échappement comprenant un raccord tel que défini ci-dessus. L'invention concerne également un ensemble comprenant un collecteur d'échappement, une culasse de moteur et le raccord tel que décrit plus haut, dans lequel le collecteur d'échappement est raccordé à la culasse via ledit raccord. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe partielle d'un raccord de l'art antérieur ; - la figure 2 est une vue en coupe partielle d'un raccord selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 est une vue en coupe partielle d'un raccord dans un état assemblé selon un mode de réalisation de l'invention ; et - la figure 4 est une vue en coupe partielle de dessus d'un raccord selon un mode de réalisation de l'invention. Le raccord selon la présente invention est adapté pour raccorder un collecteur d'échappement à une culasse de moteur. Le raccord selon l'invention comprend au moins une bride et une contre-bride, et peut comprendre, de plus, un élément d'étanchéité, une entretoise et un élément de fixation. La bride est une plaque avec une ouverture de réception de gaz d'échappement centrale, la contre-bride est une plaque ou manchon avec une ouverture centrale, l'élément d'étanchéité est un joint avec une ouverture centrale et l'entretoise est un manchon avec une ouverture centrale. En variante, l'entretoise peut également être réalisée avec une feuille pliée, par exemple une tôle pliée en forme de U. L'entretoise peut également être un assemblage de plusieurs parties soudées. A l'état opérationnel, la bride est raccordée à un canal de gaz d'échappement, et toutes les ouvertures centrales sont centrées sur un axe central Y-Y d'une sortie de gaz d'échappement de la culasse de moteur. En référence à la figure 2, une partie du mode de réalisation préféré du raccord 210 selon l'invention va maintenant être décrite. La figure 2 est une coupe prise sur le segment du raccord utilisé pour fixer le raccord à la culasse de moteur. Par conséquent, la figure 2 représente uniquement la partie du raccord qui est positionnée d'un côté de la sortie de gaz d'échappement de la culasse de moteur. De préférence, la partie omise du raccord du côté opposé de la sortie de gaz d'échappement de la culasse de moteur est identique à la partie illustrée sur la figure 2. En référence à la figure 2, le raccord 210 est représenté avant l'état assemblé. Le raccord 210 est adapté pour raccorder un collecteur d'échappement à une culasse de moteur (non représentée sur la figure 2). Le raccord 210 comprend, de haut en bas, une entretoise 222, une contre-bride 223, une bride 224 et un élément d'étanchéité, c'est-à-dire un joint 226. Le joint 226 est adapté pour assurer l'étanchéité aux gaz d'échappement entre le collecteur d'échappement et la culasse de moteur. La bride 224 comprend une partie de montage 225 adaptée pour monter la bride 224 sur la culasse de moteur. La contre-bride 223 est adaptée pour le raccordement avec la partie de montage 225 de la bride. L'entretoise 222 est adaptée pour le raccordement avec la contre-bride 223. L'entretoise 222 a un trou de passage d'entretoise 230, la contre-bride 223 a un trou de passage de contre-bride 231, la bride 224 a un trou de passage de bride 232 et le joint 226 a un trou de passage de joint 234. Les quatre trous de passage 230, 231, 232 et 234 sont adaptés pour recevoir un élément de fixation, c'est-à-dire un goujon (non représenté) avec un écrou correspondant (non représenté). En référence à la figure 2, la bride 224 comprend une zone principale 236 et une zone de rupture 238. La zone principale 236 comprend un trou de zone principale 240 adapté pour recevoir les gaz d'échappement. La zone de rupture 238 a un trou de passage de zone de rupture 232 adapté pour recevoir l'élément de fixation. La bride 224 est adaptée pour se rompre lorsqu'une contrainte est appliquée sur la bride 224. Le raccord 210 comprend plusieurs éléments de séparation 244. Suivant la figure 2, les éléments de séparation 244 sont des surépaisseurs disposées sous le joint 226. Chaque surépaisseur est un bloc de matière en forme de vaguelette faisant saillie du joint 226 vers la culasse de moteur. Chaque surépaisseur est réalisée avec le même matériau que le joint 226. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les éléments de séparation 244 sont des surépaisseurs disposées sous la bride 224. Dans ce mode de réalisation, chaque surépaisseur est un bloc de matière en forme de vaguelette faisant saillie de la bride 224 vers la culasse. De manière générale, le raccord 210 comprend N éléments de séparation, où N est un nombre entier supérieur ou égal à 1, chaque élément de séparation étant positionné entre la contre-bride 223 et la culasse de moteur. Suivant la figure 2, les surépaisseurs sont régulièrement réparties autour du trou de passage de joint 234. De plus, en référence à la figure 2, chaque surépaisseur 244 est disposée ente le joint 226 et la culasse de moteur (non représentée sur la figure 2) et fait partie du joint 226. En variante, chaque surépaisseur est un élément supplémentaire assemblé avec le joint 226. En variante, chaque surépaisseur 244 est disposée entre le joint 226 et la culasse de moteur et fait partie de la culasse de moteur. En variante, chaque surépaisseur est un élément supplémentaire assemblé avec la culasse de moteur. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, chaque surépaisseur 244 est disposée entre la bride 224 et le joint 226 et fait partie de la bride 224. En variante, chaque surépaisseur 244 est un élément supplémentaire assemblé avec la bride 224. En variante, chaque surépaisseur 244 est disposée entre la bride 224 et le joint 226 et fait partie du joint 226. En variante, chaque surépaisseur est un élément supplémentaire assemblé avec le joint 226. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, chaque surépaisseur 244 est disposée entre la bride 224 et la contre-bride 223 et fait partie de la bride 224. En variante, chaque surépaisseur 244 est un élément supplémentaire assemblé avec la bride 224. En variante, chaque surépaisseur 244 est disposée entre la bride 224 et la contre-bride 223 et fait partie de la contre-bride 223. En variante, chaque surépaisseur 244 est un élément supplémentaire assemblé avec la contre-bride 223. Suivant la figure 2, la zone de rupture 238 est disposée en couche sur les éléments de séparation 244. En d'autres termes, la zone de rupture est disposée au-dessus des surépaisseurs. La zone de rupture 238 est assemblée avec la contre-bride 223. Par exemple, la zone de rupture 238 est assemblée avec la contre-bride 223 par soudage, cintrage ou rivetage. En variante, la zone de rupture 238 et la contre-bride 223 ne sont pas assemblées. En référence à la figure 3, le raccord 210 est représenté à l'état assemblé ou opérationnel, dans lequel il raccorde le collecteur d'échappement à la culasse de moteur 212. Le raccord 210 comprend, de haut en bas, un élément de fixation 216, c'est-à-dire un goujon 218 avec un écrou 220 correspondant, une entretoise 222, une contre-bride 223, une bride 224 et un élément d'étanchéité, par exemple un joint 226. Le goujon 218 définit un axe longitudinal X-X du raccord 210. L'entretoise 222 a un corps principal 228 avec un trou de passage de corps principal 230, la contre-bride 223 a un trou de passage de contre-bride 231, la bride 224 a un trou de passage de bride 232 et le joint 226 a un trou de passage de joint 234, les quatre trous de passage 230, 231, 232 et 234 étant adaptés pour recevoir le goujon 218. La bride 224 comprend une zone principale 236 et une zone de rupture 238. La zone principale 236 comprend un trou de zone principale 240 adapté pour recevoir les gaz d'échappement et la zone de rupture 238 a un trou de passage de zone de rupture 232. La figure 4 est une coupe prise sur le plan horizontal contenant la zone de rupture 238. Comme on peut le voir sur la figure 4, une ligne cassable 239 de matériau est située à la limite entre la zone principale 236 et la zone de rupture 238 de la bride 224. La ligne cassable 239 comprend au moins un point de rupture 237 qui raccorde ensemble la zone principale 236 et la zone de rupture 238. En référence à la figure 4, la ligne cassable 239 comprend plusieurs points de rupture 237. C'est à partir des points de rupture 237 que la bride 224 se rompt et que la zone de rupture 228 et la zone principale 236 se séparent. Dans un mode de réalisation préféré, chaque ligne cassable 239 comprend deux points de rupture 237. En général, chaque zone de rupture comprend N' points de rupture, où N' est un nombre entier supérieur ou égal à 1. En outre, le raccord 210 comprend plusieurs éléments de séparation 244 régulièrement répartis autour du trou de passage de bride 232. En référence à la figure 3, chaque élément de séparation 244 fait partie du joint 226 et est positionné entre le joint 226 et la culasse de moteur 212. Comme dans le raccord 110 de l'art antérieur, le goujon 218 définit un axe longitudinal X-X du raccord 210. Le goujon 218 a une extrémité inférieure 246 qui est insérée dans la culasse de moteur 212, et une extrémité supérieure filetée 248 sur laquelle l'écrou 220 est vissé. La zone de rupture 238 a une surface supérieure 250 orientée à distance de la culasse de moteur 212, une surface inférieure 252 faisant face à la culasse de moteur 212. La bride 224 a une épaisseur Lf. De préférence, l'épaisseur Lf de la bride 224 est inférieure à 4 mm. La contre-bride 223 a une épaisseur Lb, une surface supérieure 254 opposée à la culasse de moteur 212 et une surface inférieure 256 faisant face à la culasse de moteur 212. De préférence, l'épaisseur Lb de la contre-bride 223 est comprise entre 2 et 10 mm. L'élément de séparation 244 a une épaisseur Ls et la zone principale 236 de la bride 224 a une épaisseur Lm. Selon l'invention, la somme S de l'épaisseur Ls de l'élément de séparation 244 et de l'épaisseur Lf de la zone de rupture 238 est supérieure à l'épaisseur Lm de la zone principale. De préférence, la différence D = S - Lm (où S = Ls + Lf), entre la somme S et l'épaisseur Lm de la zone principale 236, est comprise entre 0,02 et 1 mm, de préférence entre 0,05 et 0,15 mm. Par conséquent, après la rupture des points de rupture 237, la zone principale 236 et la zone de rupture 238 ne sont plus raccordées. Ainsi, lorsqu'une contrainte est appliquée sur la bride 224, par exemple une contrainte thermomécanique, la zone de rupture 238 est serrée grâce au goujon 218, alors que la zone principale 236 est desserrée, ce qui signifie qu'elle peut bouger dans la direction radiale. En d'autres termes, après la rupture de la bride 224, la zone principale 236 peut coulisser entre la contre-bride 223 et la culasse de moteur 212. Par conséquent, le raccord 210 selon l'invention a l'avantage considérable qu'il peut adapter sa configuration selon les contraintes thermomécaniques. Les contraintes rencontrées par le raccord 210 sont libérées par une rupture correspondante de la bride, et donc un déplacement correspondant de la zone principale de la bride. Le procédé d'assemblage du collecteur d'échappement à la culasse de moteur va maintenant être décrit. Tout d'abord, l'extrémité inférieure 246 du goujon 218 est insérée dans la culasse de moteur 212 et fixée à cette dernière. Ensuite, les éléments suivants sont empilés autour du goujon 218 : premièrement, le joint 226 comprenant les surépaisseurs 244, deuxièmement la bride 224, troisièmement la contre-bride 223 et quatrièmement l'entretoise 222. Enfin, l'écrou 220 est vissé sur l'extrémité supérieure 248 du goujon 218 et fixé contre l'entretoise 222. Une force axiale correspondante est appliquée par l'écrou 220 sur l'entretoise 222, la force étant transmise de l'entretoise 222 à la contre-bride 223, puis à la zone de rupture 238 et à la culasse de moteur 212. La bride 224 est rompue pendant le procédé d'assemblage. Par exemple, la bride 224 est rompue pendant l'étape d'assemblage. En variante, la bride 224 est rompue après l'étape d'assemblage, lorsqu'une contrainte thermomécanique est appliquée sur la bride 224. En variante, la bride 224 est rompue pendant une étape préalable de rupture avant l'étape d'assemblage. Dans tous les modes de réalisation mentionnés ci-dessus, la bride 224 se rompt à partir des points de rupture 237 disposés sur la ligne cassable 239 à la limite de la zone principale 236 et de la zone de rupture 238. Par conséquent, lorsque l'ensemble comprenant le collecteur d'échappement, le raccord 210 et la culasse de moteur est dans un état opérationnel et après que la bride a été rompue, une force de serrage réduite est appliquée sur la zone principale 236, grâce au fait que la zone de rupture 238 et la zone principale 236 ne sont plus raccordées en raison de la rupture de la bride. Ainsi, la zone principale 236 peut coulisser d'avant en arrière autour du goujon dans la direction radiale. Par conséquent, le raccord 210 limite les contraintes transmises au collecteur d'échappement. Le raccord 210 peut ainsi être utilisé pour raccorder les collecteurs d'échappement à paroi fine aux culasses de moteur. 25 30 35 , REVENDICATIONS1. Raccord (210) destiné à raccorder un collecteur d'échappement à une culasse de moteur (212), le raccord (210) comprenant : - une bride (224) avec une partie de montage (225) adaptée pour monter la bride (224) sur la culasse de moteur (212) ; - une contre-bride (223) adaptée pour le raccordement avec la partie de montage (225) de la bride (224) ; et - au moins un élément de séparation (244) positionné entre la contre-bride (223) et la culasse de moteur (212) ; caractérisé en ce que la bride (224) comprend au moins une zone de rupture (238) disposée en couche sur le ou chaque élément de séparation (244), la bride (224) étant adaptée pour se rompre lorsqu'une contrainte est appliquée sur ladite bride (224). 2. Raccord (210) selon la revendication 1, dans lequel la bride (224) a au moins une zone principale (236) avec un trou de zone principale (240) pour les gaz d'échappement, la ou chaque zone de rupture (238) ayant un trou de passage de zone de rupture (232) pour recevoir un élément de fixation (216). 3. Raccord (210) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la somme de l'épaisseur (Ls) du ou de chaque élément de séparation (244) et de l'épaisseur (Lf) de la ou chaque zone de rupture (238) est supérieure à l'épaisseur (Lm) de la ou chaque zone principale (236). 4. Raccord (210) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la ou chaque zone de rupture (238) est assemblée à la contre-bride (223). 5. Raccord (210) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le ou chaque élément de séparation (244) est positionné entre la bride (224) et la culasse de moteur (212) ou entre la contre-bride (223) et la bride (224). 6. Raccord (210) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le ou chaque élément de séparation (244) fait partie de la bride (224). 7. Raccord (210) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le ou chaque élément de séparation (244) est un élément supplémentaire positionné entre la bride (224) et la culasse de moteur (212) ou entre la contre-bride (223) et la bride (224). 4 2990469 10 8. Raccord (210) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un élément d'étanchéité (226), en particulier un joint, adapté pour assurer l'étanchéité aux gaz d'échappement entre le collecteur d'échappement et la culasse de moteur (212), et dans lequel le ou chaque élément de séparation (244) fait partie de 5 l'élément d'étanchéité (226). 9. Raccord (210) selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, dans lequel la contre-bride (223) a un trou de passage de contre-bride (231) adapté pour recevoir l'élément de fixation (216) et dans lequel la bride (224) a un trou de passage de bride (232), le trou de 10 passage de bride (232) étant adapté pour recevoir ledit élément de fixation (216). 10. Raccord (210) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le ou chaque élément de séparation (244) est une surépaisseur. 15 11. Raccord (210) selon l'une quelconque des revendications 2 à 10, comprenant au moins une ligne cassable (239) de matériau positionnée entre la ou chaque zone principale (236) et la ou chaque zone de rupture (238) de la bride (224). 12. Procédé d'assemblage d'un collecteur d'échappement à une culasse de moteur 20 (212), le procédé comprenant : - une étape de fourniture d'un raccord (210) selon l'une quelconque des revendications précédentes ; - une étape d'assemblage dudit raccord (210) avec la culasse de moteur (212) et le collecteur d'échappement ; et 25 - une étape de rupture de la ou chaque zone de rupture (238) de la bride (224). 13. Procédé d'assemblage selon la revendication 12, dans lequel l'étape de rupture est réalisée pendant l'étape d'assemblage. 30 14. Procédé d'assemblage selon la revendication 12, dans lequel l'étape de rupture est réalisée après l'étape d'assemblage, lorsqu'une contrainte thermomécanique est appliquée sur la bride (224). 15. Collecteur d'échappement comprenant le raccord (210) selon l'une des 35 revendications 1 à 11. 16. Ensemble comprenant un collecteur d'échappement, une culasse de moteur (212) et le raccord (210) selon l'une des revendications 1 à 11, dans lequel le collecteur d'échappement est raccordé à la culasse de moteur (212) via ledit raccord (210). 10 15 20 25 30 35