FR3003002A1 - Installation pour gaz d'echappement - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne une installation pour gaz d'échappement ainsi que ses composants et ses éléments.

Description

Installation pour gaz d'échappement La présente invention concerne une installation pour gaz d'échappement pour des véhicules automobiles, s'étendant entre le collecteur d'échappement d'un moteur à combustion interne et sa section d'extrémité avec l'orifice de sortie, comportant des composants insérés comme unités modulaires entre ceux-ci, comme un catalyseur, refroidisseur de by- pass, convertisseur thermoélectrique, échangeur de chaleur, dispositif de clapet d'échappement et analogue, en particulier dans la mesure où ceux-ci se composent de tube ou de tôle déformée, avec des zones d'entrée et de sortie formant des zones d'assemblage, afin d'être assemblés via celles-ci à d'autres composants ou éléments au moyen de sections de tubes intermédiaires ou d'assemblage. En l'occurrence, les tubes intermédiaires ou d'assemblage, qui assemblent les composants les uns aux autres, se composent de sections de tubes présentant des sections transversales rondes, circulaires, qui sont assemblées aux composants par soudage, au moyen de brides, de colliers, ou par d'autres moyens. Certains de ces composants présentent une section transversale fonctionnelle autre que circulaire, de sorte que, avant et après ceux-ci, donc aux zones d'entrée et de sortie, il faut ménager, par exemple façonner, des zones de transition avec une section d'extrémité circulaire, par exemple une zone circulaire engagée intérieurement ou extérieurement, pour assembler les composants correspondants au composant suivant au moyen d'un tube intermédiaire ou d'assemblage de section transversale circulaire. De même, les zones d'extrémité d'une installation pour gaz d'échappement, qui débouchent la plupart du temps dans un enjoliveur d'échappement, mais ne sont cependant pas solidaires, par exemple soudées à celui-ci, présentent une section transversale circulaire. Des composants différents, comme par exemple des clapets d'échappement, qui sont incorporés dans une installation pour gaz d'échappement sous la forme d'unités modulaires, présentent sur leur section fonctionnelle et au-delà, sur toute la longueur de l'unité, dont font partie également les zones d'extrémité, une section transversale circulaire, bien sûr parce qu'une telle section transversale circulaire peut généralement apparaître comme au moins favorable à l'écoulement et aussi - en tout cas à première vue - comme économique. La présente invention est basée sur une réflexion visant à configurer de façon plus favorable au moins des composants individuels et d'autres éléments d'une telle installation pour gaz d'échappement, en ce qui concerne au moins certains des aspects, comme notamment en ce qui concerne le fonctionnement, l'encombrement, la configuration, le coût et le poids, et par conséquent d'optimiser l'installation pour gaz d'échappement dans son ensemble. Cet objectif est atteint selon la présente invention en ce que la zone d'entrée et/ou de sortie d'au moins des composants individuels, par conséquent aussi la zone de transition correspondante ou la zone d'engagement intérieur ou extérieur du/des composant(s) et/ou l'orifice de sortie dans la zone d'extrémité de l'installation pour gaz d'échappement présente une section transversale s'écartant de la section transversale circulaire. Avantageusement, le tube intermédiaire ou d'assemblage reliant ou devant relier le composant à un autre présente une section transversale correspondante, adaptée ou adéquate ou congruente au moins dans la zone de transition ou dans la zone d'engagement intérieur ou extérieur, sachant qu'il peut être avantageux dans de nombreux cas que cette section transversale s'étende au moins sur des sections importantes de l'extension longitudinale du tube intermédiaire ou d'assemblage ou sur la totalité de la longueur. Cette section transversale peut cependant aussi être adaptée au moins localement à d'autres circonstances, par exemple pour des raisons de place, ou être configurée de façon correspondante pour des raisons thermiques, par exemple afin de produire un rayonnement thermique amélioré ou un meilleur transfert de chaleur ou analogue.
Dans le cas de composants comportant une zone fonctionnelle s'écartant de la section transversale circulaire, la zone d'entrée et/ou de sortie d'un tel composant présente également une section transversale correspondante s'écartant de la section transversale circulaire.
Selon un autre aspect de l'invention, au moins les zones fonctionnelles essentielles de composants peuvent être configurées ou façonnées sur au moins des régions essentielles de leur extension longitudinale, de telle manière que celles-ci présentent, de préférence avec au moins une de leurs zones d'entrée et/ou de sortie ou de leurs zones d'engagement intérieur ou extérieur, une section s'écartant de la section transversale circulaire, réalisée en particulier en une section de tube, de préférence un tube profilé. Dans le cas d'une unité de clapet d'échappement, se composant d'une section fonctionnelle en une section de tube, d'un arbre de clapet monté sur celle-ci et plongeant dans celle-ci, sur lequel il est prévu un clapet de soupape se trouvant dans la section de tube et l'arbre de clapet est en liaison active avec un arbre de sortie d'un moyen d'entraînement, afin de mouvoir le clapet de soupape entre une position ouverte et une position fermée, cela signifie qu'au moins la zone fonctionnelle, donc la zone longitudinale du tube, sur laquelle le clapet est actif, de préférence aussi la zone s'étendant jusqu'au moins une des zones d'extrémité, dans de nombreux cas de façon particulièrement avantageuse toute la section de tube de l'unité de clapet de soupape, présente une section transversale s'écartant de la section transversale circulaire. Dans de tels clapets d'échappement, en particulier lorsqu'ils sont entraînés par un moteur, par exemple par l'intermédiaire d'un câble Bowden, d'une tringle ou directement ou indirectement avec interposition d'un engrenage (en général un engrenage à vis sans fin) par un moteur, comme un moteur électrique prévu en particulier sur le clapet d'échappement, il peut notamment arriver que ce système d'actionnement tombe en panne, soit en raison d'une coupure de courant, soit à cause de défauts mécaniques. Lorsque cela se produit justement dans une position fermée ou pratiquement fermée du clapet de soupape, il en résulte d'abord une augmentation de pression incontrôlée, qui peut alors conduire à un arrêt incontrôlé du moteur d'entraînement avec endommagement de celui-ci ou d'autres composants dans la ligne d'entraînement, ce qui s'accompagne de nouveau d'un risque d'accident, qui peut être dramatique particulièrement dans le cas de motocyclettes. A cela s'ajoute encore le risque particulier d'impact de projections d'eau dans la région du clapet de soupape, ce qui est accompagné d'un refroidissement brusque du tuyau d'échappement chaud et de grippages du clapet. Pour réduire les effets de tels dysfonctionnements du système d'actionnement dus à des pannes électriques ou mécaniques, il a déjà été proposé de prévoir des mesures de marche de secours, ainsi en utilisant un condensateur, qui est censé garantir un angle d'ouverture minimum du clapet de soupape au moyen d'une commande additionnelle en cas de coupure de courant. Cela signifie cependant un coût supplémentaire important et aussi bien de tels moyens de commande qu'un tel condensateur sont également sujets à des pannes, d'autant plus que l'installation pour gaz d'échappement représente le système subissant les plus grandes amplitudes de vibrations dans la ligne d'entraînement. L'invention peut être appliquée ici d'une manière particulièrement avantageuse, la configuration du clapet de soupape et/ou de la section de tube correspondante étant en outre choisie de telle manière qu'il reste dans la position fermée un espace intermédiaire entre le contour intérieur de la section de tube et le clapet de soupape. Il existe donc dans la position "fermée" du clapet de soupape - également appelé volet - une différence de section transversale ou - vue dans la direction de l'écoulement - une différence entre les surfaces actives du contour tubulaire intérieur et du clapet de soupape, ou une distance entre les contours périphériques du clapet de soupape et le contour intérieur de contours opposés de la section de tube, afin de produire une fuite ciblée, prédéterminée, qui est plus importante que la fuite résultant des tolérances de fabrication usuelles et qui garantit au moins encore des propriétés de marche de secours du moteur à combustion interne.
Ceci peut être obtenu selon une caractéristique de l'invention, du fait qu'un clapet de soupape présentant usuellement une section transversale au moins essentiellement circulaire et/ou que la section de tube présentant usuellement aussi une section transversale au moins essentiellement circulaire présente(nt) une section transversale s'écartant de la section transversale circulaire. La section transversale de la section de tube peut dès lors présenter, comme cela est usuel jusqu'à présent, une section transversale circulaire et le volet peut être de forme au moins approximativement elliptique (ou inversement), le grand demi-axe du clapet de soupape 10 étant orienté transversalement à l'arbre de clapet. La position finale du clapet peut en l'occurrence être prévue transversalement à la direction longitudinale de la section de tube ou être définie avant d'atteindre la position transversale et par butée des contours de clapet dans la 15 région de leur plus long demi-axe contre les contours du tube, ou il peut être prévu une butée séparée. Une telle configuration exclut en tout cas les grippages de clapet mentionnés plus haut et garantit de façon fiable la présence de propriétés de marche de secours dans le cas de 20 défauts dans le système d'actionnement, d'autant plus que cette fonction garantie par l'invention ne dépend pas d'autres groupes, mais que cette fonction est remplie par les éléments de toutes façons présents au moyen de la configuration selon l'invention. 25 Une unité de soupape selon l'invention peut aussi se caractériser en ce que le clapet de soupape présente à son pourtour extérieur au moins un méplat, une découpe, un évidement ou analogue. 30 Un mode de réalisation particulier de cet aspect de l'invention consiste en ce que le système de gaz d'échappement présente dans la région du clapet de soupape une fuite ciblée prédéterminée, par conséquent aussi un manque d'étanchéité ciblé prédéterminé, qui est plus important(e) que la fuite ou le manque d'étanchéité généré(e) de toute façon par les méthodes de fabrication usuelles, et ceux-ci sont choisis précisément de telle manière que des propriétés de marche de secours du véhicule soient garanties. En l'occurrence, une fuite minimale, donc une différence de section transversale, ou - vue dans la direction de l'écoulement - une différence entre les surfaces actives du tube intérieur et du clapet de soupape, ou une distance entre des contours périphériques du clapet de soupape et le contour intérieur de contours opposés de la section de tube peut atteindre 30%, de préférence être comprise entre 20 et 30 %, de préférence encore entre 20 et 25 %, et valoir cependant en particulier au moins 5 %. Comme dans une unité de clapet de soupape et les tubes d'assemblage, d'autres sections de tube de l'installation pour gaz d'échappement, comme les zones d'extrémité de l'installation pour gaz d'échappement, présentant une section transversale s'écartant de la section transversale circulaire, peuvent être fabriquées à partir d'un tube profilé (préfabriqué) ou encore à partir d'un tube plat.
Selon l'invention, la zone d'extrémité de l'installation pour gaz d'échappement, donc la région dans laquelle les gaz d'échappement sortent, ou tout le tube d'échappement final, peut aussi présenter une section transversale s'écartant de la section transversale circulaire et être constituée d'un tube profilé (préfabriqué) comme aussi d'un tube plat, ou être de forme elliptique ou analogue. En l'occurrence, cette zone peut être munie d'une unité de clapet d'échappement, donc directement comme extrémité de l'installation pour gaz d'échappement, dans laquelle la section transversale de la zone d'extrémité de l'installation pour gaz d'échappement, comme aussi celle du clapet de soupape, donc toute la configuration visible de cette zone, peuvent aussi être adaptées au design du véhicule et/ou au comportement sonore désiré. On peut même aussi économiser l'enjoliveur d'échappement. Une telle configuration de la zone d'extrémité de l'installation pour gaz d'échappement peut aussi être avantageuse dans les cas où plusieurs, par exemple deux, tuyaux d'échappement débouchent actuellement dans un volet de tube d'extrémité commun. Bien que l'invention se rapporte à la totalité de l'installation pour gaz d'échappement, elle peut être appliquée de façon particulièrement avantageuse dans la région de l'installation dite postérieure, à l'intérieur de laquelle se trouvent au moins la majorité des composants.
L'invention sera expliquée plus en détail à l'aide des Figures 1 à 3, dans lesquelles : La Fig. 1 illustre l'invention, en représentation d'autres cas d'application, à l'aide d'une unité de clapet de soupape, en élévation ; La Fig. 2 est une vue en coupe suivant la ligne II-II ; La Fig. 3 est une vue en coupe suivant la ligne III-III. L'unité de clapet de soupape 1, comme composant et unité préfabriquée, comporte une unité d'entraînement 2 avec un arbre de sortie 3, qui déplace au moyen d'un embrayage 4 un arbre de clapet 5 avec son clapet de soupape 5 entre une position ouverte à l'extrême et une position fermée à l'extrême. Le clapet de soupape est prévu dans une section de tube qui, comme le clapet 6, présente une section transversale s'écartant de la section transversale circulaire, ici une section transversale elliptique. La section de tube 7 et l'unité d'entraînement 2 sont reliées l'une à l'autre par une console non représentée en détail. Des tubes d'assemblage comme des tubes d'arrivée et d'évacuation 8 et 9 relient les composants à d'autres composants ou éléments. A cet effet, le tube 7 comporte des 10 zones de transition 7a, 7b tout comme les tubes d'assemblage 8 et 9 comportent des zones d'assemblage 8a et 9a formant des zones d'engagement intérieur ou extérieur, qui sont de forme identique, adéquate ou congruente au tube 7. Le clapet d'échappement présente, en raison de la 15 présence d'un méplat, une plus petite section transversale que le tube 7, de telle sorte qu'il apparaît dans la position fermée à l'extrême une fuite prédéterminée et que l'on conserve ainsi des propriétés de marche de secours du moteur à combustion interne. On fait référence ici à la 20 demande de brevet allemand DE 10 2013 003 981.9 du 10 mars 2013 et à la demande de brevet allemand ..., référence interne K 0212, dont les contenus sont incorporés à la présente demande.
25 Le tube d'extrémité de l'installation pour gaz d'échappement peut lui aussi, comme la montre la Figure 2, présenter une section transversale s'écartant de la section transversale circulaire et être muni d'un dispositif de clapet d'échappement 1, l'extrémité de sortie du tube 7 30 pouvant représenter directement l'extrémité de l'installation pour gaz d'échappement, mais pouvant aussi être plus longue, et la zone d'extrémité pouvant aussi être rabattue ou être configurée de manière analogue. Bien que l'invention se rapporte à la totalité de l'installation pour gaz d'échappement, elle est applicable de façon particulièrement avantageuse dans la région de l'installation dite postérieure, à l'intérieur de laquelle se trouvent au moins la majorité des composants. 15

Claims (17)

  1. REVENDICATIONS1. Installation pour gaz d'échappement pour des véhicules _ automobiles, s'étendant entre le collecteur d'échappement d'un moteur à combustion interne et sa section d'extrémité avec l'orifice de sortie, comportant des composants insérés comme unités modulaires entre ceux-ci, comme des catalyseurs, refroidisseurs de by-pass, convertisseurs thermoélectriques, échangeurs de chaleur, dispositifs de clapet d'échappement et analogues, avec des zones d'entrée et de sortie formant des zones d'assemblage pour des sections de tubes intermédiaires ou d'assemblage reliant celles-ci, caractérisée en ce que la zone d'entrée et/ou de sortie du/des composant(s) et/ou l'orifice de sortie présente, dans la zone d'extrémité de l'installation pour gaz d'échappement, une section transversale s'écartant d'une section transversale circulaire.
  2. 2. Installation pour gaz d'échappement, en particulier selon la revendication 1, caractérisée en ce que, dans un composant présentant une section transversale de la zone fonctionnelle s'écartant de la section transversale circulaire, la zone d'entrée et/ou de sortie possède une section transversale adaptée au moins approximativement à la zone fonctionnelle.
  3. 3. Installation pour gaz d'échappement, en particulier selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la zone d'extrémité de l'installation pour gaz d'échappement présente au moins localement une section transversale s'écartant de la section transversale circulaire.
  4. 4. Installation pour gaz d'échappement, en particulier selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'au moins les sections de tubes intermédiaires ou d'assemblage assemblées ou à assembler aux zones d'entrée et/ou de sortie du/des composant(s) et/ou à la zone d'extrémité de l'installation pour gaz d'échappement présentent une section transversale s'écartant de la section transversale circulaire.
  5. 5. Installation pour gaz d'échappement, en particulier selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'au moins des zones de sections fonctionnelles essentielles d'un composant, dans le cas d'une unité de clapet d'échappement, qui se compose d'une section de tube comme zone de section fonctionnelle, ainsi que d'un arbre de clapet monté sur celle-ci et plongeant dans celle-ci, sur lequel il est prévu un clapet de soupape se trouvant dans la section de tube et l'arbre de clapet est en liaison active avec un arbre de sortie d'un moyen d'entraînement pour mouvoir le clapet de soupape entre une position ouverte et une position fermée, cette section de tube présente une section transversale s'écartant de la section transversale circulaire.
  6. 6. Installation pour gaz d'échappement, en particulier selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la section transversale s'écartant de la section transversale circulaire s'écarte nettement, notamment de plus des tolérances usuelles, d'une forme circulaire.
  7. 7. Installation pour gaz d'échappement, en particulier selon l'une quelconque des revendications 1 à 6,caractérisée en ce que la section transversale tubulaire différenciée reste au moins approximativement identique.
  8. 8. Installation pour gaz d'échappement, en particulier 5 selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la section transversale différenciée est formée par un tube profilé.
  9. 9. Installation pour gaz d'échappement, en particulier 10 selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la section transversale tubulaire différenciée se présente sous la forme de tube plat.
  10. 10. Installation pour gaz d'échappement, en particulier 15 selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la section transversale tubulaire différenciée présente une section transversale elliptique.
  11. 11. Installation pour gaz d'échappement, en particulier 20 selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que, dans le cas où l'on applique l'invention dans une unité de clapet d'échappement, le grand demi-axe du clapet de soupape est orienté au moins approximativement transversalement à l'arbre de clapet. 25
  12. 12. Installation pour gaz d'échappement utilisant une unité de clapet de soupape, en particulier selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que le système de gaz d'échappement présente, dans la 30 région du clapet de soupape, une fuite ciblée prédéterminée, qui est plus importante que la fuite produite par les méthodes de fabrication usuelles.
  13. 13. Installation pour gaz d'échappement, en particulier selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que le clapet de soupape présente sur son pourtour extérieur au moins un méplat, une découpe, un évidement, un chanfrein ou analogue.
  14. 14. Installation pour gaz d'échappement, en particulier selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisée en ce que la section transversale s'écartant 10 de la section transversale circulaire de la section d'entrée et/ou de sortie du composant et une section de tube d'assemblage se trouvant avant et/ou après celle-ci sont adaptées l'une à l'autre par identité de forme ou par congruence, sont engagées l'une dans l'autre et sont 15 assemblées l'une à l'autre, par exemple par soudage.
  15. 15. Installation pour gaz d'échappement, en particulier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la zone d'extrémité de 20 l'installation pour gaz d'échappement est dotée d'une section transversale tubulaire s'écartant de la section transversale circulaire, qui se prolonge dans l'élément situé en amont dans le sens de l'écoulement. 25
  16. 16. Installation pour gaz d'échappement, en particulier selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisée en ce que la zone d'extrémité de l'installation pour gaz d'échappement comporte au moins un clapet d'échappement dans sa section de tube s'écartant de 30 la section transversale circulaire.
  17. 17. Installation pour gaz d'échappement, en particulier selon l'une quelconque des revendications 1 à 16,caractérisée en ce que plusieurs tuyaux d'échappement se prolongent dans la zone d'extrémité de l'installation pour gaz d'échappement s'écartant de la section transversale circulaire.5
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