FR2879691A1 - Internal combustion engine fixing device for motor vehicle, has locking system applying calibrated pinching force on insert, connected to engine, by controlling its displacement in groove integrated to oxidation precatalytic converter - Google Patents
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Abstract
Description
2879691 12879691 1
Dispositif de fixation entre deux pièces mécaniques présentant un jeu de fonctionnement entre elles 5 L'invention concerne un dispositif de fixation entre deux pièces mécaniques présentant un jeu de fonctionnement, et plus particulièrement un dispositif de fixation appliqué à des organes de post-traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne. Fastening device between two mechanical parts having an operating clearance between them 5 The invention relates to a device for fixing between two mechanical parts having a running clearance, and more particularly a fastening device applied to the after-treatment devices of the gases exhaust system of an internal combustion engine.
Conventionnellement, un tel dispositif de fixation est destiné à relier une première pièce mécanique à une seconde pièce mécanique, soumises aux contraintes thermiques d'un environnement moteur. Cette fixation comporte un insert solidaire de la première pièce mécanique, qui coulisse dans une gorge solidaire de la seconde pièce mécanique, et un moyen de serrage positionné sur la gorge. Conventionally, such a fixing device is intended to connect a first mechanical part to a second mechanical part, subjected to the thermal stresses of a motor environment. This attachment comprises an integral insert of the first mechanical part, which slides in a groove integral with the second mechanical part, and a clamping means positioned on the groove.
Dans un véhicule automobile, la plupart des pièces mécaniques sont soumises à des vibrations qui peuvent engendrer des nuisances sonores ou altérer le fonctionnement d'organes mécaniques. Les problèmes liés aux vibrations doivent être maîtrisés afin de garantir la sûreté de fonctionnement des organes et d'améliorer la qualité de prestation des véhicules automobiles. Les liaisons mécaniques sont particulièrement sensibles aux vibrations étant donné qu'elles sont souvent sollicitées, et que de fortes contraintes s'y concentrent en amplifiant le phénomène. In a motor vehicle, most mechanical parts are subject to vibrations that can cause noise or alter the operation of mechanical parts. Vibration-related problems must be controlled to ensure the safe operation of organs and to improve the quality of motor vehicle service. Mechanical connections are particularly sensitive to vibrations because they are often stressed, and that strong constraints are concentrated by amplifying the phenomenon.
La publication FR62624218 propose une solution pour réduire les vibrations dans un dispositif de fixation. Elle décrit une douille permettant de réduire les contraintes hyperstatiques de montage de pattes de fixation d'un accessoire à assembler sur un 2879691 2 moteur. Les contraintes sont dues à l'intervalle existant entre les faces d'appui d'un support et celles d'un accessoire et aux tolérances de fabrication du support et de l'accessoire. Un des inconvénients de ce type de solution est qu'elle ne permet pas de prendre en compte la dilatation thermique des liaisons positionnées dans un environnement moteur où la température de fonctionnement est élevée. The publication FR62624218 proposes a solution for reducing the vibrations in a fixing device. It describes a socket to reduce the undesirable constraints of mounting brackets of an accessory to be assembled on a 2879691 2 engine. The constraints are due to the gap between the support faces of a support and those of an accessory and the manufacturing tolerances of the support and the accessory. One of the drawbacks of this type of solution is that it does not make it possible to take into account the thermal expansion of the links positioned in a motor environment where the operating temperature is high.
En effet, les contraintes thermomécaniques sont une source supplémentaire de sollicitations et sont susceptibles d'engendrer des défaillances mécaniques prématurées du dispositif de fixation. Pour les pièces qui subissent des écarts de température importants au cours de leurs phases de fonctionnement, les contraintes élevées proviennent de la combinaison de plusieurs facteurs. D'abord, le montage du dispositif de fixation est monté à froid, soit à une température de l'ordre de 20 C. Ensuite, la température de fonctionnement des organes peut dépasser fréquemment 600 C en utilisation, alors que celle des dispositifs de fixation auxquels ils sont reliés dépasse à peine 200 C. Enfin, l'assemblage des différents éléments constitue un ensemble rigide, sensible aux vibrations et aux dilatations thermiques. Indeed, the thermomechanical stresses are an additional source of stress and are likely to cause premature mechanical failures of the fastener. For parts that experience significant temperature differences during their operating phases, the high stresses come from the combination of several factors. First, the mounting of the fixing device is mounted cold, ie at a temperature of the order of 20 C. Then, the operating temperature of the bodies can frequently exceed 600 C in use, while that of the fixing devices to which they are connected hardly exceeds 200 C. Finally, the assembly of the various elements constitutes a rigid assembly, sensitive to the vibrations and the thermal expansions.
Un des inconvénients de ce type de dispositif de fixation soumis aux contraintes thermiques d'un environnement moteur réside donc dans le manque de souplesse dans la liaison, qui ne peut pas s'adapter à des sollicitations différentes qui peuvent s'ajouter et s'amplifier. One of the drawbacks of this type of fastening device subjected to the thermal stresses of a driving environment therefore lies in the lack of flexibility in the connection, which can not adapt to different demands that can be added and amplified. .
La présente invention vise à pallier cet inconvénient en fournissant un dispositif de fixation entre deux pièces mécaniques situées à proximité d'un moteur à combustion interne, en contrôlant la cohésion du dispositif de fixation et en réduisant les efforts induits par les dilatations différentielles. The present invention aims to overcome this disadvantage by providing a fastening device between two mechanical parts located near an internal combustion engine, controlling the cohesion of the fastener and reducing the forces induced by the differential expansions.
2879691 3 Dans ce but, la présente invention propose un dispositif de fixation entre deux pièces mécaniques comportant un moyen de serrage réalisant un effort de pincement calibré qui s'applique sur un insert, dont le déplacement est contrôlé dans une gorge. For this purpose, the present invention proposes a device for fixing between two mechanical parts comprising a clamping means producing a calibrated clamping force which is applied to an insert, whose movement is controlled in a groove.
La présente invention présente l'avantage de limiter les contraintes d'origine thermique tout en préservant une certaine raideur par rapport aux vibrations. Ce dispositif permet en outre d'avoir une plus faible dispersion industrielle de l'effort de glissement entre l'insert et la gorge, et donc une meilleure reproductibilité de la fonction assurant le compromis entre réduction des vibrations et maîtrise des contraintes mécaniques. The present invention has the advantage of limiting the stresses of thermal origin while preserving a certain stiffness with respect to vibrations. This device also makes it possible to have a lower industrial dispersion of the sliding force between the insert and the groove, and therefore a better reproducibility of the function ensuring the compromise between reduction of vibrations and control of mechanical stresses.
Le dispositif de fixation entre deux pièces mécaniques présentant un jeu de fonctionnement entre elles selon l'invention présente encore les caractéristiques suivantes, indépendamment ou en combinaison: - la première pièce mécanique est un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, - la seconde pièce mécanique est un catalyseur d'une ligne d'échappement d'un véhicule automobile, - l'insert comporte d'une part un embout tubulaire à l'une des ses extrémités et d'autre part un support de fixation destiné à lier l'insert à la première pièce mécanique, - la gorge comporte d'une part un embout tubulaire dans lequel est aménagé une fente calibrée à l'une de ses extrémités, et d'autre part un support de fixation destiné à lier la gorge à la seconde pièce mécanique, - la fente calibrée est positionnée sensiblement dans le plan longitudinal de la gorge, l'embout tubulaire de l'insert coulisse dans l'embout 30 tubulaire de la gorge selon un ajustement glissant, au moment du montage de la fixation, 2879691 4 - le moyen de serrage applique un effort de serrage visant à refermer la fente calibrée sur elfe-même, - le moyen de serrage est un dispositif à écrou ou à collier, - l'embout tubulaire de l'insert déforme plastiquement l'embout tubulaire de la gorge lorsque l'effort de pincement est appliqué par le moyen de serrage, et - l'embout tubulaire de l'insert coulisse sensiblement parallèlement à l'axe longitudinal de la fixation après avoir appliqué l'effort de serrage, de façon à rattraper les jeux dus aux dilatations thermiques. The fixing device between two mechanical parts having an operating clearance between them according to the invention also has the following characteristics, independently or in combination: the first mechanical part is an internal combustion engine of a motor vehicle, the second mechanical part is a catalyst of an exhaust line of a motor vehicle, the insert comprises firstly a tubular end at one of its ends and secondly a fixing support intended to bind the insert to the first mechanical part, - the groove comprises on the one hand a tubular nozzle in which is arranged a slot calibrated at one of its ends, and secondly a mounting bracket for binding the groove to the second mechanical part, - the calibrated slot is positioned substantially in the longitudinal plane of the groove, the tubular end of the insert slides in the tubular end of the groove 30 according to an adjustment When the clamping device is applied, when the fastener is mounted, the tightening means applies a clamping force intended to close the calibrated slot on the same itself. The clamping means is a device with a nut or collar. tubular tip of the insert plastically deforms the tubular tip of the groove when the clamping force is applied by the clamping means, and - the tubular tip of the insert slides substantially parallel to the longitudinal axis of the fixing after applying the clamping force, so as to catch the play due to thermal expansion.
La présente invention concerne en outre un procédé de montage d'une fixation destinée à fixer une première pièce mécanique à une seconde pièce mécanique, ladite fixation comportant un insert solidaire de la première pièce mécanique coulissant dans une gorge solidaire de la seconde pièce mécanique, et un moyen de serrage positionné sur la gorge, le procédé opérant en fixant l'insert sur la première pièce mécanique, en faisant coulisser la gorge sur l'insert, en fixant la gorge sur la seconde pièce mécanique, et en serrant la gorge sur l'insert par l'intermédiaire du moyen de serrage jusqu'au contact des bords de la fente calibrée. The present invention further relates to a method of mounting a fastener for fixing a first mechanical part to a second mechanical part, said fastener comprising an integral insert of the first mechanical part sliding in a groove integral with the second mechanical part, and a clamping means positioned on the groove, the method operating by fixing the insert on the first mechanical part, by sliding the groove on the insert, by fixing the groove on the second mechanical part, and by tightening the groove on the insert through the clamping means until contact with the edges of the calibrated slot.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple particulier de celle-ci et non limitatif, en liaison avec les dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est un schéma représentatif de l'implantation général du dispositif de fixation, - la figure 2 est un schéma représentatif d'une vue en trois dimensions du dispositif de fixation, la figure 3 est un schéma représentatif d'une coupe du dispositif de fixation avant l'assemblage, et 2879691 5 - la figure 4 est un schéma représentatif d'une coupe du dispositif de fixation en position assemblée. The present invention will be better understood on reading the following description of an embodiment taken by way of particular example thereof and not limiting, in conjunction with the accompanying drawings, in which: - Figure 1 is a FIG. 2 is a representative diagram of the general layout of the fixing device, FIG. 3 is a diagram showing a three-dimensional view of the fixing device, FIG. assembly, and FIG. 4 is a representative diagram of a section of the fastener in the assembled position.
La figure 1 présente de façon schématique l'architecture dans laquelle est positionné le dispositif de fixation 4. Le dispositif de fixation 4 est destiné à servir de raidisseur pour des organes de post- traitement 2 des gaz d'échappement issus d'un moteur à combustion interne 1. Pour des raisons d'efficacité, une partie de ces organes de post- traitement est fixée directement en aval d'un collecteur d'échappement 2, au lieu d'être montée classiquement sur une ligne d'échappement 5. Un précatalyseur d'oxydation 3 est monté en sortie du collecteur 2, et leur proximité avec la sortie du moteur 1, permet de réduire les pertes thermiques dans les gaz d'échappement. Ce gain énergétique a pour effet d'optimiser l'utilisation des matériaux nobles dans l'imprégnation des catalyseurs et de réduire leur coût de fabrication. Les organes de post- traitement, tels que le précatalyseur 3 ou le collecteur 2, sont des organes volumineux et de poids élevé, nécessitant un dispositif de fixation 4 sur le moteur 1 suffisamment rigide pour limiter les vibrations. FIG. 1 schematically shows the architecture in which the fixing device 4 is positioned. The fastening device 4 is intended to serve as a stiffener for aftertreatment members 2 of the exhaust gases coming from a combustion engine. internal combustion 1. For reasons of efficiency, some of these aftertreatment members is fixed directly downstream of an exhaust manifold 2, instead of being conventionally mounted on an exhaust line 5. Oxidation precatalyst 3 is mounted at the outlet of the manifold 2, and their proximity to the output of the engine 1, reduces the heat loss in the exhaust gas. This energy saving has the effect of optimizing the use of noble materials in the impregnation of catalysts and reduce their manufacturing cost. The post-processing members, such as the precatalyst 3 or the collector 2, are bulky and high-weight members, requiring a fixing device 4 on the motor 1 sufficiently rigid to limit the vibrations.
La figure 2 représente de façon schématique une vue en perspective du dispositif de fixation 4. Celui-ci est réalisé en deux parties, un insert 7 et une gorge 8, qui coulissent l'un dans l'autre. L'insert 7 est d'une part de forme générale tubulaire à l'une de ses extrémités, et d'autre part comporte un moyen de fixation 13 destiné à le lier au moteur 1. La gorge 8 est aussi de forme générale tubulaire, et comporte le même système de fixation 15 à l'une de ses extrémités pour la lier par exemple au précatalyseur 3. Classiquement, l'insert 7 et la gorge 8, sont respectivement liés par un système de vis écrou 12 et 14. Figure 2 schematically shows a perspective view of the fixing device 4. This is made in two parts, an insert 7 and a groove 8, which slide in one another. The insert 7 is on the one hand generally tubular in shape at one of its ends, and on the other hand has a fastening means 13 for linking it to the motor 1. The groove 8 is also of generally tubular shape, and has the same fastening system 15 at one of its ends to bind it for example to the precatalyst 3. Conventionally, the insert 7 and the groove 8, are respectively connected by a screw nut system 12 and 14.
Un système de serrage 9, tel qu'une vis, un rivet, un collier ou une agrafe, est monté sur la gorge 8 assurant la fonction d'assemblage de la gorge 8 sur l'insert 7. En effet, le 2879691 6 diamètre de l'insert 7 est sensiblement inférieur à celui de la gorge 8, ce qui leur permet de coulisser l'un dans l'autre suivant un ajustement sensiblement glissant. La gorge 8 présente sensiblement dans le plan longitudinal du dispositif de fixation 4, une fente calibrée 10. Le système de serrage 9 est monté sur la gorge 8, de façon à ce que la fente calibrée 10 se referme sur elle-même lorsqu'on applique un effort de serrage. A clamping system 9, such as a screw, a rivet, a collar or a staple, is mounted on the groove 8 ensuring the assembly function of the groove 8 on the insert 7. In fact, the 2879691 6 diameter of the insert 7 is substantially less than that of the groove 8, which allows them to slide into each other in a substantially sliding fit. The groove 8 has substantially in the longitudinal plane of the fixing device 4, a calibrated slot 10. The clamping system 9 is mounted on the groove 8, so that the calibrated slot 10 closes on itself when apply a tightening force.
Lors du fonctionnement du moteur, deux phénomènes sont à prendre en compte. D'une part, l'échauffement du système d'échappement conduit à des dilatations thermiques différentielles importantes de l'ordre de quelques millimètres du fait de l'hétérogénéité du champ thermique entre l'ensemble formé du moteur 1, du collecteur 2 et du précatalyseur 3, et du dispositif de fixation 4. D'autre part, les vibrations du système d'échappement induisent de la fatigue à grand nombre de cycles avec de petits déplacements de l'ordre de 0,1 millimètres à 150 Hz pouvant conduire à des risques de résonance. Les ordres de grandeur de ces deux phénomènes étant différents, les contraintes thermiques peuvent être absorbées par glissement macroscopique entre l'insert 7 et la gorge 8 au cours d'une montée en température du système, tout en évitant le glissement microscopique lié aux vibrations. During engine operation, two phenomena must be taken into account. On the one hand, the heating of the exhaust system leads to significant differential thermal expansions of the order of a few millimeters because of the heterogeneity of the thermal field between the assembly formed of the motor 1, the collector 2 and the Furthermore, the vibrations of the exhaust system induce fatigue at a large number of cycles with small displacements of the order of 0.1 millimeters at 150 Hz which can lead to risks of resonance. As the orders of magnitude of these two phenomena are different, the thermal stresses can be absorbed by macroscopic sliding between the insert 7 and the groove 8 during a rise in temperature of the system, while avoiding the microscopic sliding associated with the vibrations.
Les vibrations et les contraintes qui se concentrent dans le dispositif de fixation 4 provoquent des nuisances sonores et ne permettent pas de garantir une durée de vie mécanique acceptable. En plus de ces perturbations, la température de fonctionnement élevée de l'ensemble constitué du moteur 1, du collecteur 2 et du précatalyseur 4, génère des dilatations thermiques qui ne permettent pas de garantir une durée d'utilisation suffisante pour les organes d'un véhicule automobile. Vibrations and stresses that are concentrated in the fixing device 4 cause noise and do not guarantee an acceptable mechanical life. In addition to these disturbances, the high operating temperature of the assembly consisting of the motor 1, the collector 2 and the precatalyst 4, generates thermal expansions that do not allow to guarantee a sufficient duration of use for the organs of a motor vehicle.
Avant d'être assemblé en verrouillant le système de serrage 9, l'insert 7 est d'abord fixé sur le moteur 1, et la gorge 8 2879691 7 est par la suite montée par coulissement sur l'insert 7 avant d'être fixée sur le catalyseur. Le fait d'appliquer un effort de contact sur l'insert 7 permet de contrôler la cohésion du dispositif de fixation 4 par le frottement sec au niveau du contact entre l'insert 7 et la gorge 8. Ce frottement de contact est utilisé pour limiter les efforts induits par les dilatations différentielles de l'ensemble rigide constitué par le moteur 1, le collecteur 2 et le catalyseur 3. En effet, la fente 10 est calibrée de telle sorte qu'elle autorise un glissement au niveau du contact entre l'insert 7 et la gorge 8 au- delà d'une certaine valeur de compression ou de traction. Ainsi, le dispositif de fixation 4 assure la rigidité de la liaison en limitant les vibrations tout en absorbant les dilatations thermiques en permettant un léger déplacement de l'insert 7 par rapport à la gorge 8, lorsque la température de fonctionnement est élevée. Before being assembled by locking the clamping system 9, the insert 7 is first attached to the motor 1, and the groove 8 2879691 7 is then slidably mounted on the insert 7 before being fixed. on the catalyst. The fact of applying a contact force on the insert 7 makes it possible to control the cohesion of the fixing device 4 by the dry friction at the level of the contact between the insert 7 and the groove 8. This contact friction is used to limit the forces induced by the differential expansion of the rigid assembly constituted by the motor 1, the collector 2 and the catalyst 3. Indeed, the slot 10 is calibrated so that it allows a sliding at the contact between the insert 7 and the groove 8 beyond a certain value of compression or traction. Thus, the fixing device 4 ensures the rigidity of the connection by limiting the vibrations while absorbing the thermal expansion by allowing a slight displacement of the insert 7 relative to the groove 8, when the operating temperature is high.
Le calibrage de cette valeur est réalisé non pas par la tension du système de serrage 9, mais par la forme de la fente 10 qui va provoquer une déformation plastique de la gorge 10 au moment du serrage. L'effort de contact réalisé au moment du serrage est donc indépendant de la tension du système de serrage 9, pourvu qu'elle suffise à réaliser l'adaptation géométrique de l'insert 7 et de la gorge 8. Calibration of this value is achieved not by the tension of the clamping system 9, but by the shape of the slot 10 which will cause plastic deformation of the groove 10 at the time of tightening. The contact force achieved at the time of tightening is therefore independent of the tension of the clamping system 9, provided that it is sufficient to achieve the geometric adaptation of the insert 7 and the groove 8.
Les figures 3 et 4 représentent respectivement de façon schématique des coupes du dispositif de fixation 4 en position assemblée non serrée et en position assemblée serrée. On constate une déformation de la gorge 8, qui apparaît après le serrage de l'élément 9 sur la gorge 8. Dans la position serrée de la figure 4, les vibrations peuvent induire de petits déplacements auxquels le frottement de contact est capable de résister sans glissement. Figures 3 and 4 respectively show diagrammatically sections of the fastener 4 in the assembled position not tight and tight assembled position. There is a deformation of the groove 8, which appears after the clamping of the element 9 on the groove 8. In the tight position of Figure 4, the vibrations can induce small displacements to which the contact friction is able to withstand without sliding.
La présente invention permet donc de garantir une souplesse de fixation de la ligne d'échappement qui a la particularité d'être soumise à différents types de sollicitations. The present invention thus makes it possible to guarantee flexibility in fixing the exhaust line, which has the particularity of being subjected to different types of stresses.
2879691 8 Permettre un léger déplacement dans le dispositif de fixation augmente la flexibilité de ce type de liaison qui peut trouver son application dans des domaines autres que celui de l'automobile. 2879691 8 To allow a slight displacement in the fixing device increases the flexibility of this type of connection which can find its application in fields other than that of the automobile.
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| CN105526219A (en) * | 2016-01-22 | 2016-04-27 | 左享兰 | Flagpole sleeve |
| CN105570248A (en) * | 2016-01-22 | 2016-05-11 | 左享兰 | Upright sleeve |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2226936A (en) * | 1939-09-27 | 1940-12-31 | Pollak Mfg Company | Exhaust manifold system |
| DE3926919A1 (en) * | 1989-08-16 | 1991-02-21 | Motoren Werke Mannheim Ag | Gas conveyor duct for combustion engine - has insulating lining of metal casing and connecting ceramic fibre layer, with elastic expansion pieces |
| EP1329608A2 (en) * | 2002-01-22 | 2003-07-23 | Faurecia Abgastechnik GmbH | Exhaust system for motor vehicle |
-
2004
- 2004-12-21 FR FR0453122A patent/FR2879691A1/en active Pending
Patent Citations (3)
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