Elément de tubulure flexible notamment pour un circuit
d'échappement.
La présente invention concerne un élément de tubulure flexible, notamment, pour un circuit d'échappement
d'un véhicule à moteur, comportant un tronçon tubulaire
annelé en matériau résistant tel qu'un alliage métallique
inoxydable. Le tronçon précité a ses deux extrémités fixées
à des embouts de raccordement sensiblement cylindriques,
pour l'entrée et la sortie des gaz d'échappement.
Les éléments de tubulure du genre indiqué sont
utilisés de plus en plus actuellement, du fait que les
circuits d'échappement tendent à fonctionner à des températures de plus en plus élevées, pour répondre aux soucis de <EMI ID=1.1>
venir plus élastique, ce qui introduit des déformations relatives plus importantes entre le moteur et le circuit d'échappement. On constate enfin une augmentation des exigences quant à l'endurance prolongée des systèmes d'échappement et à leurs qualités d'étanchéité durable et d'insonorisation.
Les éléments de tubulure d'échappement connus
et répondant aux exigences indiquées ci-dessus sont, en général, constitués de tubes en acier inoxydable relativement onéreux. Ces tubes doivent présenter une raideur suffisante dans le sens axial, pour permettre de réaliser un raccordement assez rigide du côté de l'arrivée et du côté de la sortie des gaz d'échappement. En même temps, les tubes précités doivent aussi pouvoir compenser un déplacement angulaire limité entre leurs extrémités, en présentant une résistance suffisant* à l'égard des vibrations de fréquence relativement élevée.
Le but de l'invention est de permettre de réaliser un élément de tubulure du genre précité, présentant un
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raideur liée à une flexibilité notable, en supprimant les couplages mécaniques et acoustiques. Ceci permet, en outre, d'éliminer les vibrations de résonance des éléments de tubulure.
Pour résoudre le problème en question, on considère que les contraintes subies par le tronçon annelé, formant la partie essentielle de l'élément de tubulure conforme à l'invention, s'exercent principalement aux extrémités du tronçon. Ces contraintes correspondent principalement à des oscillations axiales et transversales, à compenser entre <EMI ID=3.1>
deux parties sensiblement rigides, servant respectivement à l'arrivée et à la sortie des gaz d'échappement. Il en résulte des contraintes qui intéressent principalement les ondulations des extrémités du tronçon annelé, où des ruptures de fatigue sont inévitables si on cherche à réduire l'épaisseur ou la longueur des tubes d'échappement connus. Cet inconvénient concerne principalement l'extrémité située du côté de l'arrivée des gaz d'échappement, qui subit les vibrations de haute fréquence et les températures les plus élevées.
L'invention vise un élément de tubulure flexible, notamment pour un circuit d'échappement d'un véhicule à moteur, comportant un tronçon tubulaire annelé en matériau résistant tel qu'un alliage métallique inoxydable; le tronçon précité a ses deux extrémités fixées à des embouts de raccordement sensiblement cylindriques, pour l'arrivée et la sortie des gaz d'échappement.
Selon l'invention, l'élément de tubulure précité est caractérisé en ce que le tronçon tubulaire annelé comporte des ondulations modifiées, au moins à son extrémité reliée à l'embout d'entrée des gaz d'échappement.
Les ondulations modifiées peuvent, par exemple, présenter entre un intervalle accru par rapport aux ondulations normales du reste du tronçon annelé. Les ondulations modifiées peuvent aussi présenter une amplitude radiale réduite par rapport aux ondulations du reste du tronçon.
On augmente ainsi, d'une manière avantageuse, la raideur de l'extrémité la plus sollicitée de la tubulure flexible conforme à l'invention, au moins du côté de l'entrée des gaz d'échappement. Les premières ondulations du tronçon annelé n'ont plus à supporter entièrement les vibrations <EMI ID=4.1>
axiaux ou transversaux. Ces vibrations et mouvements se trouvent communiqués, dans une proportion importante, aux ondulations suivantes du tronçon annelé. Celui-ci participe donc, sur une bonne partie de sa longueur, à la compensation des vibrations et déformations qui s'y trouvent réparties, de manière à épargner les premières ondulations adjacentes à l'embout de raccordement. Une telle répartition des contraintes et des déformations permet de réduire la longueur et l'épaisseur des parois du tronçon annelé, en évitant un niveau de contraintes excessif jusqu'à présent.
D'une manière avantageuse, la partie du tronçon annelé dont les ondulations sont modifiées conformément à l'invention, par leur amplitude radiale réduite ou leur
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longueur totale du tronçon annelé.
L'augmentation d'intervalle des ondulations peut être réalisée de manière nette sur un groupe d'ondulations, .sans ménager une transition par rapport ax ondulations normalement espacées du reste du tronçon annelé. Hais, de préférence, on adoptera conformément à l'invention, une transition progressive entre les ondulations les plus espacées et les ondulations d'espacement normal. Ceci permet, en effet, d'assurer une égalisation des contraintes subies par le tronçon annelé, comme on l'a indiqué déjà.
D'une manière avantageuse, chaque embout de raccordement est fixé par un cordon de soudure au voisinage d'un sommet du profil d'une ondulation terminale du tronçon annelé. L'ondulation précitée peut comporter une proi latérale oblique par rapport au plan diamétral du tronçon annelé.
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et 45*. Ainsi, la première paroi de l'ondulation terminale du tronçon annelé qui reçoit les oscillations se trouve dotée d'une raideur notable par rapport aux ondulations suivantes. La zone critique voisine du cordon de soudure se trouve ainsi soulagée d'une manière importante, puisque les sollicitations sont transaises aux ondulations suivantes.
On obtient un résultat analogue en associant, par soudure, la lèvre de fixation de l'ondulation terminale du tronçon annelé, à un prolongement de l'embout de raccordement qui en épouse le profil.
On peut réaliser la réduction d'amplitude radiale deso ondulations du tronçon annelé, afin d'en augmenter localement la raideur, sans ménager de transition entre le groupe d'ondulations modifiées et le reste des ondulations.
Mais, de préférence, l'invention prévoit de réaliser la réduction d'amplitude radiale des ondulations d'une manière progressive, entre chacun des embouts de raccordement et les ondulations normales du reste du tronçon annelé. La variation d'amplitude des ondulations proches de chaque embout pourra s'effectuer, par exemple, en conservant une valeur constante du diamètre interne du tronçon annelé ou de son diamètre externe.
Les tubulures d'échappement des systèmes connus subissent, en outre, des contraintes thermiques-très sévères, en particulier du côté de l'entrée des gaz d'échappement.
A cet égard pour atténuer la fatigue thermique subie par l'élément de tubulure, l'invention prévoit, d'une manière avantageuse, un tube interne de protection, solidaire de !embout de raccordement d'entrée des gaz d'échappement, et ......... en saillie axiale dans le tronçon annelé, sur une longueur couvrant de préférence quelques ondulations. De préférence, le calibre externe du tube de protection est inférieur au diamètre interne des ondulations du tronçon annelé, pour ménager un jeu radial entre le tube et les ondulations. Par exemple, le tube de protection s'étend ainsi sur une longueur qui recouvre la zone des ondulations d'espacement élargi.
On réduit ainsi la fatigue thermique du tronçon annelé, du côté de l'entrée des gaz d'échappement. Les gaz d'échappement atteignent une partie du tronçon annelé en aval du tube de protection, après avoir franchi quelques ondulations. Les ondulations du tronçon, proches de son extrémité, se trouvent ainsi maintenues à une température relativement réduite, favorable à leur endurance mécanique à l'égard des oscillations subies dans le sens axial ou transversal.
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jection dans le tronçon annelé, du fait de la disposition du tube de protection interne, pouvant produire notamment des sifflements parasites, on ménage de préférence des découpures dans la paroi du tube de protection. On supprime ainsi toute dépression dans l'espace annulaire compris entre le tube de protection et la partie du tronçon annulaire qui l'entoure. En outre, pour assurer d'une manière progressive la détente des gaz d'échappement à l'extrémité du tube de protection, on réalise de préférence, dans la paroi du tube de protection, des fentes dirigées dans le sens axial et aboutissant à l'extrémité libre de ce tube. D'une manière avantageuse, l'extrémité libre du tube de protection présente un évasement.
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En assurant un jeu radial entre le calibre externe du tube de protection et le diamètre intérieur des ondulations du tronçon annelé, on permet, en tous cas, une mobilité latérale suffisante du tube de protection par rapport au tronçon annelé, sans risque de contacts et de frottements susceptibles d'user les ondulations du tronçon annelé,
De préférence, l'élément tubulaire flexible conforme à l'invention, comporte une gaine métallique tressée ajustée étroitement autour du tronçon annelé. Les extrémités de la gaine précitée sont engagées entre des bagues terminales de faible longueur axiale et le tronçon annelé, et fixées par des cordons de soudure aux embouts de raccordement et aux ondulations terminales correspondantes du tronçon annelé. La gaine métallique tressée peut encaisser des efforts de traction axiaux. En outre, elle amortit les oscillations de l'ensemble du tronçon annelé autour duquel elle est étroitement ajustée. La gaine métallique tressée est constituée, par exemple, de fils ronds ou plats, ou encore de bandes.
On peut utilement prévoir des bagues de renfort profilées, en métal ou en matière plastique, montées sur
les saillies annulaires du tronçon annelé. Chaque bague présente un profil qui épouse celui du sommet de chaque ondulation et au moins une partie du profil des parois adjacentes de l'ondulation. On évite ainsi l'usure des sommets des ondulations du tronçon annelé contre la gaine tressée.
Sur les éléments de tubulure connus, on constate en certains endroits de leur longueur, et suivant le régime de fonctionnement, des oscillations de résonance provoquées par le courant des gaz d'échappement, ou induites par les <EMI ID=9.1> vibrations du système. Ces oscillations de résonance tendent à se produire en permanence en certains endroits déterminés d'une tubulure. Il en résulte, normalement, un taux élevé
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çon annelé. Conformément à l'invention, on peut éviter cet inconvénient en modifiant les ondulations du tronçon annelé, aux endroits en question. Par exemple, on réduit l'intervalle des ondulations, si on désire absorber localement les oscillations. Au contraire, on augmente l'intervalle des ondulations, si on veut amplifier les oscillations et les communiquer aux parties voisines du tronçon annulaire.
D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description donnée ci-après de quelques modes de réalisation, présentés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 représente une vue latérale, en coupe axiale partielle, d'une tubulure flexible conforme à l'invention, avec une vue frontale schématique;
- la figure 2 est une coupe partielle schématique d'une variante de la tubulure flexible;
- la figure 3, analogue à la figure 2, correspond à une autre variante;
- la figure 4 et la figure 5 représentent schématiquement d'autres variantes de la tubulure conforme à l'invention;
- la figure 6 représente encore une autre variante de la tubulure conforme à l'invention, pour un circuit d'échappement.
Dans le mode de réalisation de la figure 1, <EMI ID=11.1>
l'élément du tubulure comporte deux embouts de raccordement 1, 2, sensiblement cylindriques. L'embout 1 porte une bride plate 3, pouvant être raccordée par des boulons à une partie amont d'un circuit d'échappement. L'embout de raccordement
2 se prolonge par un élément tubulaire 4, qui peut être enfoncé dans une partie aval du circuit d'échappement. Ce montage par enfoncement d'un élément tubulaire, prévu sur
au moins l'une des extrémités de l'élément de tubulure proposé, permet de rattraper les tolérances dimensionnelles pouvant exister entre les parties amont et aval du circuit d'échappement précité, sans avoir à étirer ni à comprimer l'élément de tubulure interposé.
Entre les embouts de raccordement 1, 2, est monté un tronçon de tuyau annelé 5, dont les extrémités sont fixées aux embouts 1, 2, par des cordons de soudure 6, 7, pratiqués chacun sur une bordure annulaire en saillie 8, 9, du tronçon
5. Sur la plus grande partie de sa longueur, le tronçon annelé 5 présente des déformations annulaires très rapprochées, telles que les déformations 10, 11, comportant chacune un profil en "U" rétreint, couvrant plus de 180[deg.]. De cette manière, le tronçon annelé 5 présente une grande souplesse pour absorber les vibrations, ainsi que les déformations dans le sens axial ou latéral.
Du côté de l'arrivée des gaz d'échappement, le tronçon annelé 5 présente, cependant, quelques déformations annulaires plus espacées, telles que les déformations 12,
13, dont le profil en "U" couvre environ 180[deg.] seulement.
De cette manière, le tronçon annelé 5 présente, du côté
de l'arrivée des gaz d'échappement, une raideur plus prononcée que sur le reste de sa longueur. En conséquence, <EMI ID=12.1>
gaz ne participe guère à l'absorption des vibrations et déformations axiales ou transversales. Ces vibrations et déformations sont principalement absorbées par le reste du tronçon 5. On évite ainsi de soumettre à des contraintes importantes l'extrémité du tronçon 5 du côté de l'entrée des gaz d'échappement, et surtout on soulage le cordon de soudure de liaison 6 du même côté.
Autour du tronçon annelé 5 est étroitement ajustée une gaine 14 de métal tressé, raccordée à deux bagues d'extrémité 15, 16, par des soudures qui rejoignent les cordons de soudure 6, 7 du tronçon annelé intérieur 5. Les bagues d'extrémité 15, 16, ont une dimension axiale réduite, pour éviter d'y créer une barrière thermique.
Un tube interne de protection 18 fixé par un cordon de soudure 17 à l'embout 1, est monté dans le tronçon annelé 5, du côté de l'entrée des gaz, par exemple sur une longueur correspondant à celle de la partie raide du tronçon 5, qui présente des déformations annulaires relativement écartées. Le tube de protection 18 a principalement pour rôle d'éviter de soumettre les premiers anneaux du tronçon 5
à l'effet de choc thermique des gaz d'échappement chauds. Pour éviter tout contact indésirable entre le tube interne
18 et le tronçon annelé 5, éventuellement déformé par des vibrations ou des mouvements dans le sens axial ou latéral, le calibre externe du tube de protection 18 est plus réduit que le calibre interne du tronçon annelé 5, de manière à réserver un intervalle.
D'une manière avantageuse, le tube de protection
18 peut être évasé du côté de son extrémité engagée dans le tronçon annelé.
La gaine tressée 14 exerce un effet de traction axiale sur la tubulure flexible. En outre, du fait qu'elle se trouve étroitement ajustée autour du tronçon annelé 5,
la gaine tressée 14 assure l'amortissement des vibrations
du tronçon annelé.
Sur la figure 2, on a représenté en coupe schématique, une variante de réalisation de la tubulure flexible conforme à l'invention, dans la zone comprise entre le tronçon de tuyau annelé interne 5 et l'embout de raccordement
1, du côté de l'entrée des gaz. La paroi de l'embout se prolonge par une lèvre annulaire 19, qui épouse le profil d'un anneau d'extrémité 8 du tronçon annelé 5, de manière à prolonger le profil précité dans le sens radial, pour transmettre les contraintes des vibrations axiales et transversales.
Comme on l'a représenté également sur la figure
2, le tube interne de protection 20 comporte des fentes axiales 21 aboutissant à son extrémité libre. On assure, ainsi, un passage graduel des gaz d'échappement du tube interne 20 dans le tronçon annelé 5.
On a représenté sur la figure 3 une autre variante de la liaison entre le tronçon annelé 5 et l'embout d'entrée 1. Dans ce mode de réalisation la paroi annulaire d'extrémité 22 du tronçon 5, raccordée à l'embout d'entrée
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rapport au plan diamétral du tronçon annelé 5. Ceci assure une raideur supplémentaire du tronçon annelé 5 dans la zone du cordon de soudure de liaison 6, pour encaisser les vibrations axiales et transversales. De préférence, l'angle est compris entre 15[deg.] et 45[deg.].
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En outre, le tube interne * protection 23 (figure
3), comporte des ouvertures latérales 24, permettant un passage des gaz d'échappement dans le sens radial, évitant un effet de trompe d'éjection du tube 23, en empêchant une dépression dans l'espace annulaire compris entre le tube de protection 23 et le tronçon annelé 5.
Certains éléments annulaires du tronçon annelé 5, dans une zone telle que 25 du reste du tronçon (figure 3), présentent un intervalle modifié, par exemple accru, pour augmenter la raideur du tronçon annelé. Une telle disposition est adoptée, de préférence, dans une zone telle que 25, sujette à des vibrations de résonance, du fait des contraintes introduites dans le tronçon annelé 5.
De même, les ondulations modifiées du tronçon snnelé 5 peuvent comporter une amplitude radiale réduite dans une zone telle que 25, sujette à des vibratbns de résonance.
On prévoit aussi, d'une manière avantageuse (figure 3), des bagues de protection en métal ou en matière plastique, telles que 30 et 31, disposées sur les saillies annulaires du tronçon annelé 5, pour éviter une usure des éléments annulaires contre la gaine tressée 14, du fait des vibrations. Les bagues de protection telles que 30 présentent chacune un profil qui épouse exactement celui des éléments annulaires sur lesquels elles sont montées. Chaque bague de protection 31 présente un profil élargi au sommet, coiffant l'élément annulaire associé du tronçon annelé 5, et assurant une surface de contact élargie avec la gaine tressée 14.
Suivant une autre variante (figures 4 et 5), les ondulations du tronçon annelé 5 présentent une amplitude radiale réduite en regard de l'extrémité de l'embout de raccordement 27, 29, portant le cordon de soudure de fixation 26, 28. Dans le mode de réalisation de la figure 4,
le tronçon annelé 5 présente des ondulations qui augmentent régulièrement en s'écartant du cordon de soudure 26, en conservant une valeur constante pour le diamètre interne du tronçon 5. Au contraire, dans le mode de réalisation de la figure 5, les ondulations du tronçon annelé 5 varient en respectant une valeur constante du diamètre externe du tronçon.
La réduction de l'amplitude des ondulations du tronçon annelé 5, conforme aux modes de réalisation des figures 4 et 5, assure une augmentation locale de la raideur du tronçon annelé 5. Cette disposition peut être adoptée seule, ou en combinaison avec l'augmentation des intervalles des ondulations, déjà mentionnée en référence à la figure 1.
Bien entendu, les diverses dispositions prévues pour l'extrémité de la tubulure flexible conforme à l'invention, du côté de l'entrée dos gaz d'échappement, peuvent aussi être adoptées, séparément ou en combinaison sur l'autre extrémité de la tubulure, du côté de la sortie des gaz.
On a représenté sur la figure 6 encore une autre variante de réalisation de la tubulure flexible conforme à l'invention, comportant deux éléments unitaires, analogues chacun à l'élément de tubulure de la figure 1, et disposés l'un à la suite de l'autre. Ceci permet une fabrication industrielle commode de chaque élément, d'une longueur réduite, tout en obtenant pour l'ensemble une souplesse importante entre les deux extrémités, dans le sens axial ou transversal. Les deux éléments sont reliés l'un à l'autre par un raccord tubulaire intermédiaire 32, monté en un emplacement où la flexibilité locale de la tubulure n'est pas nécessaire.,