EP0974001B1 - Dispositif d'echappement pour moteur a combustion interne et son procede de fabrication - Google Patents

Dispositif d'echappement pour moteur a combustion interne et son procede de fabrication Download PDF

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EP0974001B1
EP0974001B1 EP98920605A EP98920605A EP0974001B1 EP 0974001 B1 EP0974001 B1 EP 0974001B1 EP 98920605 A EP98920605 A EP 98920605A EP 98920605 A EP98920605 A EP 98920605A EP 0974001 B1 EP0974001 B1 EP 0974001B1
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housing
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pipe element
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Daniel Celerier
Patrick F. Markiewski
Alain Pierdet
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Renault SAS
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    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features
    • F01N13/008—Mounting or arrangement of exhaust sensors in or on exhaust apparatus
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES, PROFILES OR LIKE SEMI-MANUFACTURED PRODUCTS OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, rods, wire, tubes, profiles or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06—Manufacture of metal sheets, rods, wire, tubes, profiles or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B21J5/06—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor for performing particular operations
    • B21J5/063—Friction heat forging
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    • 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
    • F01N2530/00—Selection of materials for tubes, chambers or housings
    • F01N2530/02—Corrosion resistive metals
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    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49398—Muffler, manifold or exhaust pipe making

Definitions

  • the subject of the present invention is a exhaust system for combustion engine internal and its production process.
  • the current invention relates more particularly to a conduit exhaust having a suitable housing for the mounting of a measurement probe and the method of realization of such housing.
  • the measurement probes coming equip the exhaust line are screwed in threaded housings crossing the wall of exhaust pipes, so as to bring the analysis cells in contact with the gas flow exhaust.
  • the tapped holes are conventionally formed by appropriate rings which are reported by welding in openings made through the exhaust pipes (SEFG welding or welding by resistance).
  • the subject of the present invention is therefore a exhaust pipe with a tapped hole to house a probe used to analyze the gas composition, this hole being made directly through the very wall of the duct without welded attached threaded ring.
  • the exhaust system for internal combustion comprises a conduit element inside which flow exhaust gases, this duct element comprising a housing allowing the mounting of a measurement sensor such as an oxygen sensor.
  • the device exhaust is characterized in that the housing intended for mounting the probe is formed by a hole extended by a socket made directly through the wall of the conduit element.
  • the conduit element where the extended hole is formed through a socket has a thick wall substantially uniform between 1 and 3 mm.
  • the duct element where the hole extended by a socket is formed is made of stainless metal alloy.
  • the present invention also relates to a method of producing such a housing.
  • the housing produced through the same wall of the duct element is obtained from a first drilling operation consisting of drilling through the wall with a tool, a speed and a penetration force adapted to cause the fusion and the discharge of the material around the tool as the latter advances until a bush of required height and diameter is obtained.
  • the tool used for the drilling operation is constituted by an ogival mandrel.
  • the first flow drilling operation is then followed by a second tapping operation by deformation.
  • a exhaust pipe element referenced 1 equipping an exhaust line with a internal combustion mounted for example on a motor vehicle.
  • This conduit which is formed by a simple stainless steel alloy tube of thin (conventional steel or coated steel aluminum), between 1 and 3 mm, and which is intended, for example, to extend into the collector exhaust and catalytic converter not shown, has a housing 2 for a measurement probe 3 such as a lambda oxygen sensor.
  • Housing 2 is made directly at through the very wall of the tube, thanks to the process described in accordance with Figures 2 and 3.
  • the first operation consists in operating by drilling a hole 21 extended by a socket 22.
  • This hole 21 and this socket 22 are obtained by the perforation of the wall of the tube by a mandrel or ogival punch 4, for example in tungsten carbide, turning at high speed, at over 500 rpm and preferably between 3000 and 5000 rpm, and pressed in the tube with a certain force of penetration.
  • the rapidly rotating tip contact locally causes a sharp rise in temperature which brings the metal to the plastic state.
  • the push exerted by the punch by the system in advance makes it gradually penetrate the hole thus outlined by pushing the material around from him.
  • Metal flowing in the direction of advance forms a collar and in reverse a bead.
  • a collar 41 located at the part upper punch can fold metal full of the outside of the tube and give it a flat surface facilitating support and sealing of probe 3.
  • this threadless tapping operation consists in obtaining the net by deformation of the sleeve material 22.
  • a tool 5 having a screw-like active surface is used as a tap.
  • the tap operates by rolling by deforming the material of the sleeve, the profile of the net 23 is then printed by moving the material from the bottom of the net to the crest.
  • Speed of rotation and the penetration force of the tap are adapted to produce the desired resistance nets. You can choose a rotation speed tap preferably between 700 and 1500 rpm, this is not however limiting of the present invention.
  • the present invention has the added benefit of being more economical and simpler to implement.
  • the present invention is not limited to only making a tapped hole for housing an oxygen sensor but can apply to the realization of all holes tapped on the exhaust line of a internal combustion engine required for setting in place of the various sensors or probes required for engine control and / or diagnostic of the or means for treating the gases burned by catalytic conversion fitted to the line exhaust.
  • the present invention also applies to exhaust pipes comprising several concentric walls. In this case, the tapped hole necessary for the mounting of the sensor by operating the flow drilling at through the different walls.

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Description

La présente invention a pour objet un dispositif d'échappement pour moteur à combustion interne et son procédé de réalisation. La présente invention concerne plus particulièrement un conduit d'échappement présentant un logement adapté pour le montage d'une sonde de mesure et le procédé de réalisation d'un tel logement.
Les moteurs à combustion interne équipant les véhicules automobiles sont aujourd'hui munis d'un système électronique de commande qui ajuste, à partir de stratégies préprogrammées et suivant les conditions de fonctionnement du moteur, la quantité de carburant injecté, la quantité de gaz d'échappement recirculé, etc.
Parmi les informations requises par les systèmes électroniques de commande pour déterminer les conditions de fonctionnement et adapter en conséquence la quantité de carburant injecté (le degré d'ouverture de la vanne EGR, etc.), figurent celles relatives à la composition et/ou à la température des gaz d'échappement et plus particulièrement le taux d'oxygène résiduel. Ces informations relatives aux gaz d'échappement sont délivrées par des sondes de mesure appropriées qui sont disposées sur le trajet des gaz d'échappement.
Classiquement, les sondes de mesure venant équiper la ligne d'échappement sont vissées dans des logements taraudés traversant la paroi des conduits d'échappement, de façon à amener les cellules d'analyse au contact du flux des gaz d'échappement.
Compte tenu de la faible épaisseur des parois des conduits d'échappement actuellement utilisés (entre 1,5 et 2 mm en moyenne) par rapport aux diamètres des trous à réaliser (plus de 20 mm), les trous taraudés sont classiquement formés par des bagues appropriées qui sont rapportés par soudage dans des ouvertures pratiquées à travers les conduits d'échappement (soudage SEFG ou soudage par résistance).
Il est apparu à la Demanderesse que le recours à des bagues soudées présente des inconvénients et notamment un taux important de défauts de montage et d'étanchéité (voir document FR-A-2 586 753). En effet, lors du soudage, l'échauffement tend à déformer les taraudages intérieurs des bagues, ce qui a parfois pour effet soit, d'empêcher le vissage de la sonde soit, d'empêcher au contraire le dévissage de cette dernière. Par ailleurs, ces déformations affectent l'étanchéité du montage et donc provoquent des fuites de gaz brûlés ou bien encore des aspirations d'air suivant le point de fonctionnement du moteur, ce qui s'avère particulièrement dommageable pour la qualité des mesures notamment lorsque la sonde est une sonde à oxygène.
La présente invention a donc pour objet un conduit d'échappement présentant un trou taraudé pour loger une sonde servant à l'analyse de la composition des gaz, ce trou étant réalisé directement à travers la paroi même du conduit sans bague taraudée rapportée soudée.
Le dispositif d'échappement pour moteur à combustion interne selon l'invention, comporte un élément de conduit à l'intérieur duquel s'écoulent les gaz d'échappement, cet élément de conduit comportant un logement permettant le montage d'un capteur de mesure telle qu'une sonde à oxygène.
Selon l'invention, le dispositif d'échappement est caractérisé en ce que le logement destiné au montage de la sonde est formé par un trou prolongé par une douille réalisés directement à travers la paroi de l'élément de conduit.
Selon une autre caractéristique du dispositif d'échappement objet de l'invention, l'élément de conduit où est formé le trou prolongé par une douille, présente une paroi d'épaisseur sensiblement uniforme comprise entre 1 et 3 mm.
Selon une autre caractéristique du dispositif d'échappement objet de l'invention, l'élément de conduit où est formé le trou prolongé par une douille, est réalisé en alliage métallique inoxydable.
La présente invention concerne également un procédé de réalisation d'un tel logement. Selon l'invention le logement réalisé à travers la paroi même de l'élément de conduit est obtenu à partir d'une première opération de fluoperçage consistant à forer à travers la paroi avec un outil, une vitesse et une force de pénétration adaptées pour provoquer la fusion et le refoulement du matériau autour de l'outil au fur et à mesure de l'avancement de ce dernier jusqu'à obtenir une douille de hauteur et de diamètre requis.
Selon une autre caractéristique du procédé de réalisation objet de l'invention, l'outil utilisé pour l'opération de fluoperçage est constitué par un mandrin ogival.
Selon une autre caractéristique du procédé de réalisation objet de l'invention, la première opération de fluoperçage est ensuite suivie d'une seconde opération de taraudage par déformation.
On comprendra mieux les buts, aspects et avantages de la présente invention, d'après la description donnée ci-après d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels :
  • la figure 1 est une vue en coupe axiale partielle d'un conduit d'échappement selon l'invention équipé d'une sonde de mesure ;
  • les figures 2 et 3 sont des vues de détail du conduit selon la figure 1, précisant le procédé de réalisation du logement de la sonde.
    • Conformément aux figures, seules les parties constitutives nécessaires à la compréhension de l'invention ont été représentées. De plus, pour simplifier la lecture des dessins, les mêmes éléments portent les mêmes références d'une figure à l'autre.
    En se reportant à la figure 1, on voit un élément de conduit d'échappement référencé 1 équipant une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne monté par exemple sur un véhicule automobile. Ce conduit qui est formé par un simple tube en alliage métallique inoxydable de faible épaisseur (acier classique ou acier revêtu d'aluminium), entre 1 et 3 mm, et qui est destiné, par exemple, à s'étendre en le collecteur d'échappement et le pot catalytique non figurés, est muni d'un logement 2 pour une sonde de mesure 3 telle qu'une sonde à oxygène lambda.
    Le logement 2 est réalisé directement à travers la paroi même du tube, grâce au procédé décrit conformément aux figures 2 et 3.
    Conformément à la figure 2, la première opération consiste à opérer par fluoperçage un trou 21 prolongé par une douille 22. Ce trou 21 et cette douille 22 sont obtenus par la perforation de la paroi du tube par un mandrin ou poinçon ogival 4, par exemple en carbure de tungstène, tournant à grande vitesse, à plus de 500 tour/mn et de préférence entre 3000 et 5000 tour/mn, et enfoncé dans le tube avec une certaine force de pénétration.
    Le contact de la pointe en rotation rapide provoque localement une forte élévation de la température qui amène le métal à l'état plastique. La poussée exercée par le poinçon par le système d'avance le fait pénétrer progressivement dans le trou ainsi ébauché en refoulant la matière autour de lui. Le métal fluant dans le sens de l'avance forme une collerette et en sens inverse un bourrelet. Un collet 41 situé à la partie supérieure du poinçon peut rabattre le métal regorgeant à l'extérieur du tube et lui donner une surface plane facilitant l'appui et l'étanchéité de la sonde 3.
    En quelques secondes on obtient ainsi un trou calibré 21 prolongé par une douille 22. Dans cette douille 22, il est alors possible de former un filet permettant le vissage de la sonde 3. Conformément à la figure 3, cette seconde opération de mise en place d'un filet 23 est réalisée par taraudage roulé.
    cette opération de taraudage sans copeaux consiste à obtenir le filet par déformation de la matière de la douille 22. Pour ce faire, un outil 5 ayant une surface active en forme de vis est utilisé comme taraud. Le taraud opère par roulage en déformant la matière de la douille, le profil du filet 23 est alors imprimé par déplacement de la matière du fond du filet vers la crête. La vitesse de rotation et la force de pénétration du taraud sont adaptées pour produire la résistance souhaitée des filets. On peut choisir une vitesse de rotation du taraud comprise de préférence entre 700 et 1500 tour/mn, cela n'étant pas toutefois limitatif de la présente invention.
    Ainsi, en deux opérations relativement simples et rapides à mettre en oeuvre il est possible de réaliser un logement taraudé 2 directement dans la paroi même du conduit d'échappement 1, ce qui est sensiblement plus simple que la technique antérieure qui consiste, en effet, à percer ou à découper le conduit d'échappement par emboutissage, à ébavurer cet orifice, à réaliser un support de sonde usiné en inox, à souder ce support sur le conduit, et enfin à évacuer par lavage les particules métalliques générées par les opérations précédentes.
    Indépendamment donc des avantages sur la qualité du filetage obtenu grâce à l'invention par rapport à la technique antérieure de la bague ou de l'insert rapporté et soudé, la présente invention offre l'avantage supplémentaire d'être plus économique et plus simple à mettre en oeuvre.
    Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit.
    Ainsi la présente invention n'est pas limitée à la seule réalisation d'un trou taraudé pour le logement d'une sonde à oxygène mais peut s'appliquer à la réalisation de tous les trous taraudés ménagés sur la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne nécessaires à la mise en place des différents capteurs ou sondes requis pour la commande du moteur et/ou le diagnostic du ou des moyens de traitement des gaz brûlés par conversion catalytique équipant la ligne d'échappement. De même la présente invention s'applique également aux conduits d'échappement comportant plusieurs parois concentriques. Dans ce cas, on réalise le trou taraudé nécessaire au montage du capteur en opérant le fluoperçage à travers les différentes parois.

    Claims (3)

    1. Dispositif d'échappement pour moteur à combustion interne comportant un élément de conduit (1) à l'intérieur duquel s'écoulent les gaz d'échappement, ledit élément de conduit (1) comportant un logement (2) permettant le montage d'un capteur de mesure telle qu'une sonde à oxygène, caractérisé en ce que ledit logement (2) est formé par un trou prolongé par une douille (22) réalisée directement à partir de la matière constituant la paroi dudit élément de conduit (1) le logement (2), comprenant un taraudage obtenu par déformation et un bourrelet sur le bord du trou, le bourrelet étant réalisé directement à partir de la matière constituant la paroi.
    2. Dispositif d'échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément de conduit (1) présente une paroi d'épaisseur sensiblement uniforme comprise entre 1 et 3 mm.
    3. Dispositif d'échappement selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que ledit élément de conduit (1) présente une paroi réalisée en alliage métallique inoxydable.
    EP98920605A 1997-04-10 1998-04-10 Dispositif d'echappement pour moteur a combustion interne et son procede de fabrication Revoked EP0974001B1 (fr)

    Applications Claiming Priority (3)

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    FR9704411A FR2762045B1 (fr) 1997-04-10 1997-04-10 Dispositif d'echappement pour moteur a combustion interne et son procede de fabrication
    FR9704411 1997-04-10
    PCT/FR1998/000728 WO1998045584A1 (fr) 1997-04-10 1998-04-10 Dispositif d'echappement pour moteur a combustion interne et son procede de fabrication

    Publications (2)

    Publication Number Publication Date
    EP0974001A1 EP0974001A1 (fr) 2000-01-26
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    Family

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    US (1) US6848438B2 (fr)
    EP (1) EP0974001B1 (fr)
    JP (2) JP2001519004A (fr)
    DE (1) DE69824285T2 (fr)
    ES (1) ES2217553T3 (fr)
    FR (1) FR2762045B1 (fr)
    WO (1) WO1998045584A1 (fr)

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