EP0284466B1 - Dispositif de raccordement de conduits d'échappement et moteur à combustion interne équipé de ce dispositif - Google Patents

Dispositif de raccordement de conduits d'échappement et moteur à combustion interne équipé de ce dispositif Download PDF

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/18—Construction facilitating manufacture, assembly, or disassembly
    • F01N13/1805—Fixing exhaust manifolds, exhaust pipes or pipe sections to each other, to engine or to vehicle body
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/08—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits

Definitions

  • the present invention essentially relates to a device for connecting conduits for hot gases leaving, for example, an internal combustion engine.
  • connection thus produced can be carried out by cutting and welding beforehand the ends of the conduits, but the operation is delicate and implies that the conduits deviate near their junction in order to be able to have a weld bead between them.
  • the juxtaposed ends have excessive heating, because they have no contact with the ambient air, so that expansions can occur in the long term causing cracks and even ruptures of the conduits.
  • connection device which comprises the provisions set out in the preamble of claim 1.
  • This device as illustrated in FIG. 10, comprises in particular a flange with openings traversed by conduits which are connected to a nozzle by means of the flange.
  • the use of such a flange provides large spacings between the conduits themselves and between the conduits and the wall of the end piece, and these spacings provide significant bulk and a disturbed flow of gases at the connection.
  • the present invention aims to remedy all the above drawbacks by proposing a connection device which avoids excessive heating and any deterioration of the juxtaposed conduits, even after long use.
  • the subject of the invention is a device for connecting conduits for hot gases in which the ends of the conduits are juxtaposed and shaped so that the assembly thus formed can be fitted into the end of a pipe or the like.
  • an intermediate piece forming a spacer is interposed between the ends of the conduits and remains in contact with them, this intermediate piece forming a spacer being hollow and comprising on the one hand a bottom on the side of the end piece and on the other hand a through end located on the side opposite the endpiece, characterized in that said intermediate part has substantially the shape of a flattened tube with two substantially parallel walls which apply respectively to the flat parts opposite the conduits , or the shape of a star with at least three hollow branches, against and between which apply the ends of the conduits.
  • At least two pipes are provided which open into the aforementioned hollow intermediate piece in order to ensure a forced air flow therein, in which case the end of the hollow piece opposite to that situated on the side of the tip can be optionally closed.
  • the above-mentioned hollow intermediate piece is made of folded and welded sheet metal and is assembled by welding with the exhaust conduits, the ends of which are directly fitted and welded to the end piece.
  • the invention also relates to an internal combustion engine equipped with a connection device meeting one and / or the other of the above characteristics.
  • connection according to this invention is carried out between a plurality of conduits or tubes 1, connected on one side to an engine cylinder head by means of a fixing flange 2 and, from the on the other hand, to a pipe 3 which can be connected to a silencer (not shown) and comprising a nozzle 4.
  • endpiece 4 is fitted on the parallel and juxtaposed ends 1a of the exhaust conduits 1.
  • a hollow intermediate piece 5 forming a spacer is interposed between the juxtaposed and substantially parallel ends 1a of the conduits 1 and remains in contact over its entire extent with said ends, this spacer 5 comprising a bottom 6 on the side of the end piece 4, as seen in particular in FIGS. 2, 4, 7 and 8.
  • the hollow part or spacer 5 is closed at its end situated on the side of the pipe 3 fitted on the ends 1a conduits or tubes 1.
  • the hollow intermediate piece 5 has the shape of a flattened tube with two substantially parallel walls 6a which are applied respectively on the flat portions facing the ends 1a of two tubes 1.
  • the end forming the bottom 6 of the hollow piece or spacer 5 located on the side of the end piece 4 of the pipe 3 is profiled and welded, while the opposite end of this piece opens out at 6b on the side opposite the pipe 3, it that is to say in the interval 7 between the two conduits 1.
  • the hollow part or spacer 5 has, in cross section, the shape of a star with three branches 8 against which the ends 1a of three conduits are applied.
  • the three hollow branches of the part 5 are closed at their end situated on the side of the end piece 4 of the pipe 3.
  • the hollow intermediate part 5 still has substantially, in cross section, the shape of a star with three branches. But here the ends 1a of the conduits 1 have a circular section, so that said ends bear on concave faces 9 forming the three hollow branches of the part 5, whereas, in the case of FIG. 5, the ends 1a of the conduits 1 have flat parts 10 applying to the flat branches of the star constituting the hollow part 5.
  • the hollow intermediate piece 5 has in cross section the shape of a star with four branches, the end 6 of which is located on the side of the end piece 4 of the pipe 3 is closed, as can be seen in FIGS. 7 and 8.
  • conduits 1 are applied against the four branches of the hollow spacer 5.
  • the end 6b can be closed by welding, in which case the pipes 11 and 12 are connected to a system (not shown) causing an air flow, this system using for example the aforementioned dynamic effect or a pulser associated with the motor.
  • the assembly is carried out by fitting and welding the endpiece or nozzle 4 on the ends 1a of the conduits or tubes 1 previously welded on the hollow spacer 5.
  • the various welds can easily performed thanks to good accessibility to the areas to receive a weld bead.
  • connection device with hollow spacer which allows good heat exchange between the respective ends 1a conduits 1 and the ambient air thanks to the recess opening into the interior of this spacer, and possibly, thanks to the flow of air forced into this recess. Consequently, such a connection device does not require the use of expensive metals since it does not undergo excessive heating.
  • the hollow spacer piece on which the ends 1a of the conduits or tubes 1 are applied will advantageously allow free internal radial deformations, materialized by the arrows F, of these ends, which expansions result of course from the temperature of the hot gases. evacuated from the engine by the conduits 1. This means that any cracking or deterioration of the conduits 1 and of their ends 1a will be avoided.
  • Conduits such as 11 and 12 opening into the hollow spacer 5 can be provided on a spacer comprising an end 6b which can be open or not, and that the spacer 5 has the form of a flattened tube or the form d 'a three-pointed star, four or more branches.

Description

  • La présente invention a essentiellement pour objet un dispositif de raccordement de conduits pour gaz chauds sortant par exemple d'un moteur à combustion interne.
  • Elle vise également un moteur à combustion interne équipé de ce dispositif.
  • Il est connu, d'après le document FR-A-2.171.566, de juxtaposer les extrémités des conduits d'échappement reliés à la culasse d'un moteur et de conformer ces extrémités de telle façon que l'ensemble puisse être emmanché dans l'embout d'un tuyau comportant par exemple un silencieux.
  • Le raccordement ainsi réalisé peut s'effectuer par découpage et soudage préalables des extrémités des conduits, mais l'opération est délicate et implique que les conduits s'écartent près de leur jonction pour pouvoir disposer un cordon de soudure entre eux.
  • On peut également réaliser, comme décrit dans le document FR-A-2.203.426, une juxtaposition parallèle des extrémités des conduits, de telle façon que le contour de l'ensemble qu'elles constituent une fois juxtaposées soit emmanché juste ou à force dans l'embout du tuyau, mais une telle solution présente des inconvénients.
  • En effet, les extrémités juxtaposées présentent un échauffement excessif, car elles n'ont aucun contact avec l'air ambiant, de sorte qu'il peut se produire des dilatations provoquant à la longue des fissurations et même des ruptures des conduits.
  • Il en résulte que l'on doit utiliser pour les conduits des métaux nobles résistant aux températures élevées, ce qui est fort coûteux.
  • Par ailleurs, on connaît d'après le document DE-A-3.431.759, un dispositif de raccordement qui comporte les dispositions énoncées dans le préambule de la revendication 1. Ce dispositif, tel qu'illustré à la figure 10, comporte notamment un flasque avec ouvertures traversées par des conduits qui sont raccordés à un embout par l'intermédiaire du flasque. Mais l'usage d'un tel flasque procure des espacements importants entre les conduits eux-mêmes et entre les conduits et la paroi de l'embout, et ces espacements procurent un encombrement important et un écoulement perturbé des gaz au niveau du raccordement.
  • La présente invention a pour but de remédier à tous les inconvénients ci-dessus en proposant un dispositif de raccordement qui évite tout échauffement excessif et toute détérioration des conduits juxtaposés, même après un long usage.
  • A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de raccordement de conduits pour gaz chauds dans lequel les extrémités des conduits sont juxtaposées et conformées de façon que l'ensemble ainsi formé puisse être emmanché dans l'embout d'un tuyau ou analogue, tandis qu'une pièce intermédiaire formant entretoise est interposée entre les extrémités des conduits et demeure en contact avec elles, cette pièce intermédiaire formant entretoise étant creuse et comportant d'une part un fond du côté de l'embout et d'autre part une extrémité débouchante située du côté opposé à l'embout, caractérisé en ce que ladite pièce intermédiaire présente sensiblement soit la forme d'un tube aplati avec deux parois sensiblement parallèles qui s'appliquent respectivement sur les parties plates en vis-à-vis des conduits, soit la forme d'une étoile à au moins trois branches creuses, contre et entre lesquelles s'appliquent les extrémités des conduits.
  • Selon une autre caractéristique de l'invention, on prévoit au moins deux conduites débouchant dans la pièce intermédiaire creuse précitée pour y assurer un écoulement d'air forcé, dans quel cas l'extrémité de la pièce creuse opposée à celle située du côté de l'embout peut être éventuellement obturée.
  • Suivant encore une autre caractéristique de l'invention, la pièce intermédiaire creuse précitée est réalisée en tôle pliée et soudée et est assemblée par soudage avec les conduits d'échappement dont les extrémités sont directement emmanchées et soudées sur l'embout.
  • L'invention vise également un moteur à combustion interne équipé d'un dispositif de raccordement répondant à l'une et/ou l'autre des caractéristiques susmentionnées.
  • Des avantages de l'invention apparaîtront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels:
    • La figure 1 est une vue schématique et en perspective d'un collecteur d'échappement du type concerné par la présente invention;
    • Les figures 2, 3 et 4 illustrent respectivement en coupe axiale, en section suivant la ligne III-III de la figure 2, et en perspective, un premier mode de réalisation de raccordement de deux conduits d'échappement avec un embout de tuyau;
    • Les figures 5 et 6 illustrent respectivement en section un deuxième et un troisième modes de réalisation de raccordement de trois conduits d'échappement;
    • La figure 7 est une vue en coupe axiale d'un quatrième mode de réalisation de raccordement pour quatre conduits d'échappement;
    • La figure 8 est une vue schématique et en perspective de ce raccordement; et
    • La figure 9 est une section suivant la ligne IX-IX de la figure 7.
  • Comme on le voit sur la figure 1, le raccordement suivant cette invention est effectué entre une pluralité de conduits ou tubes 1, reliés d'un côté à une culasse de moteur par l'intermédiaire d'une bride de fixation 2 et, de l'autre côté, à un tuyau 3 pouvant être raccordé à un silencieux (non représenté) et comportant un embout 4.
  • Plus précisément, l'embout 4 est emmanché sur les extrémités parallèles et juxtaposées 1a des conduits d'échappement 1.
  • Dans tous les modes de réalisation représentés aux figures 2 à 9, une pièce intermédiaire creuse 5 formant entretoise est interposée entre les extrémités juxtaposées et sensiblement parallèles 1a des conduits 1 et demeure en contact sur toute son étendue avec lesdites extrémités, cette entretoise 5 comportant un fond 6 du côté de l'embout 4, comme on le voit notamment sur les figures 2, 4, 7 et 8. Autrement dit, la pièce ou entretoise creuse 5 est obturée à son extrémité située du côté du tuyau 3 emmanché sur les extrémités 1a des conduits ou tubes 1.
  • Suivant le mode de réalisation représenté sur les figures 2 à 4, la pièce intermédiaire creuse 5 présente la forme d'un tube aplati avec deux parois sensiblement parallèles 6a qui s'appliquent respectivement sur les portions plates en vis-à-vis des extrémités 1a de deux tubes 1.
  • L'extrémité formant fond 6 de la pièce ou entretoise creuse 5 située du côté de l'embout 4 du tuyau 3 est profilée et soudée, tandis que l'extrémité opposée de cette pièce débouche en 6b du côté opposé au tuyau 3, c'est-à-dire dans l'intervalle 7 entre les deux conduits 1.
  • Dans le deuxième mode de réalisation illustré par la figure 5, la pièce ou entretoise creuse 5 présente, en section transversale, la forme d'une étoile à trois branches 8 contre lesquelles s'appliquent les extrémités 1a de trois conduits.
  • Comme décrit précédemment, les trois branches creuses de la pièce 5 sont fermées à leur extrémité située du côté de l'embout 4 du tuyau 3.
  • Suivant un troisième mode de réalisation visible sur la figure 6, la pièce intermédiaire creuse 5 présente encore sensiblement, en section transversale, la forme d'une étoile à trois branches. Mais ici les extrémités 1a des conduits 1 présentent une section circulaire, de sorte que lesdites extrémités prennent appui sur des faces concaves 9 formant les trois branches creuses de la pièce 5, alors que, dans le cas de la figure 5, les extrémités 1a des conduits 1 comportent des parties planes 10 s'appliquant sur les branches plates de l'étoile constituant la pièce creuse 5.
  • Dans le mode de réalisation visible sur les figures 7 à 9, la pièce intermédiaire creuse 5 présente en section transversale la forme d'une étoile à quatre branches dont l'extrémité 6 située du côté de l'embout 4 du tuyau 3 est fermée, comme on le voit bien sur les figures 7 et 8.
  • Selon ce mode de réalisation, quatre extrémités 1a de conduits 1 viennent s'appliquer contre les quatre branches de l'entretoise creuse 5.
  • On peut prévoir deux conduites 11, 12 qui sont bien visibles sur la figure 9 et qui débouchent à l'intérieur de la pièce ou entretoise creuse 5. Ces conduites 11, 12 permettent un écoulement d'air forcé à l'intérieur de la pièce creuse 5. Plus précisément, les conduites 11, 12 permettent l'évacuation de l'air qui entre dans la pièce creuse 5 par son extrémité 6b opposée au tuyau 3, notamment par effet dynamique dû au déplacement du véhicule entraîné par le moteur.
  • Comme cela est montré en 13 sur la figure 7, l'extrémité 6b peut être fermée par soudage, dans quel cas les conduites 11 et 12 sont reliées à un système (non représenté) provoquant un écoulement d'air, ce système utilisant par exemple l'effet dynamique susmentionné ou un pulseur associé au moteur.
  • Dans tous les modes de réalisation représentés sur les figures, l'assemblage s'effectue par emmanchement et soudage de l'embout ou buse 4 sur les extrémités 1a des conduits ou tubes 1 préalablement soudées sur l'entretoise creuse 5. Les divers soudages peuvent s'effectuer aisément grâce à une bonne accessibilité aux zones devant recevoir un cordon de soudure.
  • On a donc réalisé suivant l'invention un dispositif de raccordement à entretoise creuse qui permet un bon échange thermique entre les extrémités respectives 1a des conduits 1 et l'air ambiant grâce à l'évidement débouchant à l'intérieur de cette entretoise, et éventuellement, grâce à l'écoulement d'air forcé dans cet évidement. Par conséquent, un tel dispositif de raccordement ne nécessite pas l'utilisation de métaux coûteux puisqu'il ne subit pas d'échauffement excessif. En outre, la pièce entretoise creuse sur laquelle viennent s'appliquer les extrémités 1a des conduits ou tubes 1 permettra avantageusement les libres déformations radiales internes, matérialisées par les flèches F, de ces extrémités, lesquelles dilatations résultent bien sûr de la température des gaz chauds évacués du moteur par les conduits 1. C'est dire qu'on évitera toute fissuration ou détérioration des conduits 1 et de leurs extrémités 1a.
  • Des conduites telles que 11 et 12 débouchant dans l'entretoise creuse 5 peuvent être prévues sur une entretoise comprenant une extrémité 6b qui peut être ouverte ou non, et cela que l'entretoise 5 présente la forme d'un tube aplati ou la forme d'une étoile à trois branches, quatre branches ou plus.

Claims (4)

1. Dispositif de raccordement de conduits pour gaz chauds dans lequel les extrémités (1a) des conduits (1) sont juxtaposées et conformées de façon que l'ensemble ainsi formé puisse être emmanché dans l'embout (4) d'un tuyau ou analogue (3), tandis qu'une pièce intermédiaire formant entretoise (5) est interposée entre les extrémités des conduits (1) et demeure en contact avec elles, cette pièce intermédiaire formant entretoise (5) étant creuse et comportant d'une part un fond (6) du côté de l'embout (4) et d'autre part une extrémité débouchante (6b) située du côté opposé à l'embout (4), caractérisé en ce que ladite pièce intermédiaire (5) présente sensiblement soit la forme d'un tube aplati avec deux parois sensiblement parallèles (6a) qui s'appliquent respectivement sur les parties plates en vis-à-vis des conduits (1), soit la forme d'une étoile à au moins trois branches creuses (8), contre et entre lesquelles s'appliquent les extrémités (1a) des conduits (1).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par au moins deux conduites (11, 12) débouchant dans la pièce intermédiaire creuse précitée (5) pour y assurer un écoulement d'air forcé, dans quel cas l'extrémité (6b) de la pièce creuse (5) opposée à celle située du côté de l'embout (4) peut être éventuellement obturée (13).
3. Dispositif selon la revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la pièce intermédiaire creuse précitée (5) est réalisée en tôle pliée et soudée et est assemblée par soudage avec les conduits d'échappement (1) dont les extrémités (1a) sont directement emmanchées et soudées sur l'embout (4).
4. Moteur à combustion interne équipé d'un dispositif de raccordement selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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