ITTO970595A1

ITTO970595A1 - Condotto a parete ondulata a flessibilita' controllata per disaccoppiare tubazioni di scarico di motori di autoveicoli.

Info

Publication number: ITTO970595A1
Application number: IT97TO000595A
Authority: IT
Inventors: Gian Luigi Capra; Tony Ballone; Barbara Caricchi
Original assignee: Flexider Spa
Priority date: 1997-07-04
Filing date: 1997-07-04
Publication date: 1999-01-04
Also published as: ATE239863T1; EP0889210A1; ES2127713T1; ES2127713T3; DE889210T1; EP0889210B1; IT1293413B1; DE69814243T2; DE69814243D1

Description

D E S C R I Z IO N E

di Brevetto per Invenzione Industriale

La presente invenzione si riferisce a un condotto flessibile di disaccoppiamento per tubazioni di scarico di gas combusti di un motore a combustione interna, e più in particolare a un condotto tubolare metallico, flessibile a parete ondulata, impiegato per essere interposto tra il collettore dei gas di scarico di un motore di un autoveicolo e la marmitta catalitica montata lungo la tubazione successiva di scarico.

Come è noto, i motori di autoveicoli sono soggetti durante il loro funzionamento, specialmente in occasione di forti accelerazioni, a forti vibrazioni in senso assiale e in senso trasversale rispetto all'asse longitudinale del condotto di scarico, in particolare, le vibrazioni trasversali sottopongono la tubazione di scarico a sollecitazioni flessionali laterali di forte entità, le quali possono causare la rottura precoce per affaticamento di qualche componente dell'impianto di scarico. Pertanto il collegamento tra il collettore di scarico del motore e la tubazione successiva, fissata alla carrozzeria, richiede un elemento intermedio di disaccoppiamento, per impedire che le vibrazioni del motore si trasmettano al resto della tubazione di scarico .

E' noto nella tecnica attuale interporre tra il collettore di scarico di un motore di autoveicolo e la marmitta catalitica montata sulla successiva tubazione di scarico, un elemento di disaccoppiamento costituito da un elemento tubolare flessibile a soffietto di lamierino di acciaio, deformato assialmente per formare una serie di ondulazioni circolari di diametro costante; l'elemento tubolare è saldato alle estremità a due collari, i quali a loro volta vengono direttamente saldati da un lato al collettore e dall'altro lato alla marmitta catalitica; il tubo

esterna, protettiva realizzata con fili di acciaio.

Questo tubo flessibile, pur esercitando un effetto smorzante relativamente soddisfacente per le vibrazioni indotte assialmente, non è atto ad adattarsi efficacemente alle vibrazioni in senso trasversale, infatti, le citate vibrazioni trasversali tendono a disassare tra loro le due estremità del tubo flessibile in modo tale da determinare una curvatura del tubo flessibile che si presenta elevata e di piccolo raggio proprio in corrispondenza delle prime ondulazioni di estremità, sottoponendole ad elevate sollecitazioni flessionali concentrate lungo il loro meridiano.

Scopo della presente invenzione è la realizzazione di un elemento di disaccoppiamento flessibile per il collegamento di un collettore dei gas di scarico di un motore di un autoveicolo ad una marmitta catalitica montata lungo la tubazione di scarico, il quale sia esente dagli inconvenienti riscontrati nelle analoghe realizzazioni note, e che, oltre a offrire una efficiente tenuta ai gas combusti del motore, e una elevata capacità di attenuare la rumorosità all'esterno e all'interno del veicolo, nonché di smorzare le vibrazioni, sia anche dotato di una deformabilità flessionale sostanzialmente uniforme lungo tutta la propria lunghezza.

Il suddetto scopo è raggiunto dalla presente invenzione, la quale si riferisce a un condotto flessibile a parete ondulata per disaccoppiare tubazioni di scarico di un motore di autoveicoli, atto ad essere interposto tra il collettore del motore e una marmitta catalitica, comprendente un elemento tubolare flessibile di lamierino metallico, deformato assialmente per formare una serie di ondulazioni circonferenziali adiacenti,

c a r a t t e r i z z a t o dal fatto che detto elemento tubolare comprende, ad ogni sua estremità, un gruppo di almeno tre ondulazioni aventi diametri variabili e differenti da un diametro costante delle ondulazioni intermedie tra detti gruppi, dette almeno tre ondulazioni essendo realizzate in modo tale per cui le sollecitazioni flessionali meridiane relative a dette almeno tre ondulazioni risultano sostanzialmente equivalenti .

Secondo un'altra caratteristica dell'invenzione, le ondulazioni di ciascun gruppo di estremità presentano passi differenti tra loro e dal passo costante delle altre ondulazioni intermedie.

In questo modo, le ondulazioni dei due gruppi di estremità presentano, verso dette estremità del manicotto, altezze progressivamente minori rispetto a quella delle altre ondulazioni. Tale caratteristica geometrica si è sorprendentemente rivelata capace di determinare, a parità di sollecitazioni, una maggiore uniformità flessionale del manicotto rispetto a quelli noti, con onde tutte della stessa altezza e con passo costante, nel caso di disassamenti tra le tubazioni da collegare, il condotto dell'invenzione assume una forma ad S con curvature morbide, evitando di sovraccaricare le estremità. Tale effetto si ottiene solamente se i due gruppi di ondulazioni di estermità di altezza ridotta comprendono ciascuno almeno tre ondulazioni, mentre scompare in presenza di solo una o due andulazioni di altezza ridotta.

Questa ed altre caratteristiche dell'invenzione appariranno più chiaramente dalla seguente descrizione di una forma preferita di esecuzione, fatta a titolo esemplificativo, ma non limitativo, con riferimento alle figure dell'annesso disegno, di cui:

la figura 1 rappresenta una sezione assiale parziale del condotto flessibile realizzato secondo i dettami della presente invenzione,·

la figura 2 rappresenta in scala ingrandita, un particolare di una estremità del condotto tubolare di figura l, secondo l'invenzione,·

la figura 3 rappresenta un esempio di calza a maglie concatenate (wire mesh);

le figure 4 e 5 rappresentano in scala ingrandita una variante dell'elemento tubolare, in cui le ondulazioni di estremità presentano diametri interni e rispettivamente diametri esterni ed interni variabili.

Con riferimento alla figura 1, con 1 è indicato un condotto flessibile di disaccoppiamento, secondo l'invenzione, parzialmente sezionato, atto ad essere interposto tra il collettore di scarico di un motore di autoveicolo di tipo noto e una marmitta catalitica, o più in generale a una tubazione successiva di scarico (non mostrati nelle figure).

Il condotto 1 è costituito da un elemento tubolare 2, deformato assialmente a formare un soffietto, e terminante alle estremità con due porzioni cilindriche 3 e 4.

L'elemento tubolare 2 è costruito partendo da un nastro 5 di lamierino metallico di spessore adeguato, preferibilmente di acciaio inossidabile e ad alta resistenza alle sollecitazioni di fatica meccaniche e termiche; il nastro 5 è dapprima piegato e saldato longitudinalmente a cilindro, in modo da realizzare un condotto chiuso e quindi deformato a caldo con una compressione assiale, per formare una parete laterale 6 provvista di una serie di ondulazioni circonferenziali 7, intercalate da corrispondenti vani 8, e aventi le pareti laterali 9 inizialmente piane e radiali.

Una ulteriore operazione di deformazione, di assestamento, conferisce alle pareti laterali, o fianchi 9 di ciascuna ondulazione una forma inclinata e convergente, cosicché le ondulazioni presentano in sezione radiale una forma sostanzialmente a omega.

Preferibilmente l'operazione di assestamento viene effettuata a partire dalla terza ondulazione, rispetto ad ciascuna estremità, per cui le prime due ondulazioni adiacenti a ciascuna delle estremità 3, 4 dell'elemento tubolare 2 presentano fianchi 9a sostanzialmente paralleli, mentre le altre ondulazioni presentano la caratteristica forma a omega.

L'elemento tubolare 2 può anche essere formato a parete doppia, accoppiando prima delle operazioni descritte due diversi nastri 5, di spessore identico, oppure diverso.

Alle estremità 3 e 4 dell'elemento tubolare 2, sono introdotti due manicotti anulari cilindrici 10, atti ad essere forzati con piccola interferenza internamente alle porzioni 3 e 4, i citati manicotti 10 costituendo un elemento di irrigidimento e rinforzo delle estremità 3, 4 dell'elemento tubolare 2, per facilitare il suo collegamento al collettore da una parte e alla marmitta catalitica, dall'altra.

L'elemento tubolare 2 è rivestito esternamente e/o internamente da almeno una calza tubolare 11 di maglia metallica di per sé nota, (la figura 1 rappresenta una sola calza esterna 11), la calza metallica il è dimensionata con una lunghezza pari a circa quella complessiva dell'elemento tubolare 2, ed in corrispondenza delle due porzioni 3 e 4 di estremità, la calza 11 è deformata localmente per farla aderire esternamente alle suddette porzioni di estremità.

La calza metallica 11, sia utilizzata come rivestimento esterno, che interno dell'elemento tubolare 2, può essere di tipo a treccia, realizzata con due gruppi 12, 14 di fasci di fili metallici paralleli, alternatamente intrecciati incrociati tra loro, con un angolo compreso tra 90° e 120°, come rappresentato nella figura 1; il manicotto a treccia è sostanzialmente rigido e compatto, e può essere piegato con difficoltà, e solo con piccole angolazioni; pertanto la calza a treccia è impiegata preferibilmente per formare un manicotto cilindrico di protezione e rivestimento della superficie esterna 15, o interna 16 dell'elemento tubolare 2, in quanto la calza a treccia essendo più rigida può cooperare più efficacemente con le creste delle ondulazioni 7.

In alternativa, la calza 11 può essere realizzata con fili di acciaio inox intrecciati a maglie concatenate 17 {wire mesh), come rappresentato schematicamente in figura 3; la calza metallica a maglie concatenate presenta una elevata flessibilità in quanto può essere facilmente piegata e stirata in ogni direzione e può essere usata a un solo strato, o a strati multipli per aumentarne l'effetto smorzante,· in particolare la calza a maglie concatenate può vantaggiosamente essere inserita nei vani 8 tra due ondulazioni 7 adiacenti, secondo l'oggetto di una copendente domanda di brevetto della stessa Richiedente .

Le estremità radialmente sovrapposte dei manicotti 10, dell'elemento tubolare 2 e della calza metallica 11 sono serrati dentro un collare 18 cilindrico forzato a caldo su di esse e saldato frontalmente con un cordone circolare continuo di saldatura 19, in modo da ottenere una perfetta tenuta ai gas impedendo ad essi di trafilare tra i vari componenti.

Un tubo ondulato come finora descritto presenta elevate caratteristiche di flessibilità, particolarmente in senso assiale; tuttavia nei casi in cui l'elemento tubolare 2 è soggetto a sollecitazioni laterali, ad esempio a vibrazioni trasversali rispetto all'asse longitudinale del condotto, tali da disassare radialmente tra di loro le due estremità 3 e 4 dell'elemento tubolare 2, quest'ultimo si inflette lateralmente assumendo approssimativamente una forma a Z, in cui le massime deformazioni flessionali sono concentrate in corrispondenza delle prime ondulazioni adiacenti a ciascuna estremità, mentre la parte centrale 6a del condotto rimane sostanzialmente rettilinea .

Questa situazione sottopone l’elemento tubolare 2 a gravi rischi di rotture per fatica particolarmente in corrispondenza delle prime ondulazioni adiacenti alle estremità .

Secondo il trovato, è stato sorprendentemente sperimentato che questo non avviene realizzando le prime ondulazioni, in particolare almeno le prime tre ondulazioni 20,21,22 adiacenti a ciascuna delle due estremità dell'elemento tubolare 2, distanziate con passi variabili e con diametri tali che esse presentino in sezione radiale altezze H (fig.5) rispettivamente decrescenti verso l'estremità 3,4 a loro rispettivamente adiacente.

Nella fattispecie non limitativa illustrata nelle figure 1 e 2, ciascuna delle ondulazioni 20,21,22 è distanziata dalla successiva con passi diversi p1, p2, p3, differenti dal passo p4 delle altre ondulazioni seguenti 6a, e presentano diametri esterni D1,D2,D3 rispettivamente crescenti nel senso verso l'estremità opposta, ma comunque minori del diametro esterno Dc delle ondulazioni di altezza costante 6a; secondo una possibile variante illustrata in figura 4, lo stesso effetto si ottiene anche realizzando il diametro esterno di tutte le ondulazioni a valore costante Dc, e realizzando diametri interni d1, d2, d3 delle ondulazioni di estremità 20,21,22 progressivamente crescenti verso la corrispondente estremità 3,4 immediatamente adiacente.

Secondo una ulteriore variante, illustrata in figura 5, le ondulazioni di estremità 20, 21, 22 sono realizzate con diametri sia esterno che interno variabili .

In tutti i casi, si ottiene secondo l'invenzione un notevole irrigidimento delle zone di estremità dell'elemento tubolare 2; con questa modifica, quando l 'elemento tubolare 2 è sottoposto a carichi flessionali laterali, le zone di estremità 3 e 4 si raccordano alla parte centrale con curvature più ampie, di modo che la tubazione assume, nel caso di disassamenti delle estremità 3,4, una configurazione sostanzialmente ad S, e quindi le sollecitazioni flessionali risultano più ridotte e distribuite sostanzialmente uniformi lungo un meridiano qualsiasi della tubazione, in modo tale per cui risulta sostanzialmente verificata l'equivalenza:

(1)

dove Smi per i=1,2,3 è la sollecitazione meridiana misurata nei punti m1, m2 e m3 (come indicati in figura 2).

Le favorevoli e inaspettate prestazioni dell'elemento tubolare 2 secondo la presente invenzione, sono state confrontate con quelle ottenute in analoghe condizioni di prova, con esemplari simili di tipo noto nella tecnica, aventi tutte le odulazioni con diametro costante, sia esterno, che interno, ottenendo in tutte le prove prestazioni dinamiche e di resistenza meccanica a fatica decisamente superiori a favore del condotto secondo il trovato.

Si è infine riscontrato che il numero minimo di tre ondulazioni di altezza progressivamente minore previste a ciascuna estremità è un valore critico, in quanto se le ondulazioni di altezza ridotta sono solo due (o una) l'effetto positivo riscontrato scompare.

Viceversa, l'effetto si manterrebbe (e probabilmente crescerebbe) aumentando il numero di ondulazionie di altezza ridotta (per esempio portandole a quattro o più). Tuttavia, con le attuali tecnologie costruttive il numero di tre ondulazioni rappresenta un valore difficilmente superabile a costi ragionevoli.

Claims

R I V E N D I C A Z I O N I 1. Condotto flessibile (1) a parete ondulata per disaccoppiare tubazioni di scarico di un motore di autoveicoli, atto ad essere interposto tra il collettore del motore e una marmitta catalitica, comprendente un elemento (2) tubolare flessibile di lamierino metallico (5), deformato assialmente per formare una serie di ondulazioni (6) circonferenziali adiacenti, c a r a t t e r i z z a t o dal fatto che detto elemento tubolare (2) comprende ad ogni sua estremità (3,4) un gruppo di almeno tre ondulazioni (20,21,22) aventi diametri

variabili e differenti da un diametro costante (Dc) delle ondulazioni intermedie (6a) tra detti gruppi, dette almeno tre ondulazioni (20,21,22) essendo realizzate in modo tale per cui le sollecitazioni flessionali meridiane relative a dette almeno tre ondulazioni (20,21,22) risultano sostanzialmente equivalenti .
2. Condotto flessibile secondo la rivendicazione 1, c a r a t t e r i z z a t o dal fatto che le ondulazioni (20,21,22) di detti due gruppi di estremità sono distanziate assialmente di passi

variabili e differenti dal passo assiale (p4) delle ondulazioni intermedie tra detti gruppi.
3. Condotto flessibile secondo la rivendicazione 2, c a r a t t e r i z z a t o dal fatto che detti diametri variabili sono i diametri esterni di dette almeno tre ondulazioni (20,21,22,), e variano progressivamente da un valore minimo (D1 di una prima ondulazione (20) adiacente a dette estremità (3,4), a un valore massimo (D3) di almeno una terza ondulazione (22).
4. Condotto flessibile secondo la rivendicazione 1 o 2, c a r a t t e r i z z a t o dal fatto che detti diametri variabili sono i diametri interni di dette almeno tre ondulazioni (20,21,22,).
5. Condotto flessibile secondo la rivendicazione 1 o 2, c a r a t t e r i z z a t o dal fatto che detti diametri variabili sono entrambi i diametri esterni

e interni di dette almeno tre ondulazioni (20,21,22,).
6. Condotto flessibile secondo una delle rivendicazioni precedenti, c a r a t t e r i z z a t o dal fatto che le ondulazioni (20,21,22) dei due gruppi di estremità presentano, verso dette estremità (3,4) del manicotto, altezze (H) progressivamente minori rispetto a quella delle altre ondulazioni. 1.
Condotto flessibile secondo una delle rivendicazioni precedenti, c a r a t t e r i z z a t o dal fatto che le ondulazioni (22,6a) di detto elemento tubolare (2) comprese tra la seconda e la penultima ondulazione (21) risultano ulteriormente deformate assialmente per conferire ai fianchi (9) una forma inclinata, convergente, le prime due ondulazioni (20,21) adiacenti alle estremità (3,4) di detto elemento (2) conservando i rispettivi fianchi (9a) sostanzialmente paralleli.
8. Condotto flessibile secondo una delle rivendicazioni precedenti, c a r a t t e r i z z a t o dal fatto che una calza (11,17) realizzata con fili metallici, intrecciati è accoppiata a rivestimento esterno e/o interno di una superficie laterale (15,16) di detto elemento tubolare (2).
9. Condotto flessibile secondo la rivendicazione 8, c a r a t t e r i z z a t o dal fatto che detta calza (11) è di tipo a treccia, con fasci (12,14) di fili paralleli alternatamente incrociati.
10. Condotto flessibile secondo la rivendicazione 8, c a r a t t e r i z z a t o dal fatto che detta calza è di tipo a maglie concatenate (17).
11. Condotto flessibile secondo la rivendicazione 10, c a r a t t e r i z z a t o dal fatto che detta calza a maglie concatenate (17) è inserita nei vani (8) compresi tra due ondulazioni adiacenti (7) di detto elemento tubolare (2) .
12 . Condotto flessibile secondo la rivendicazione 8, c a r a t t e r i z z a t o dal fatto che una calza a treccia (11) coopera per rivestire una superficie interna (16) di detto condotto flessibile, e che una calza a maglie concatenate (17) coopera per rivestire una superficie esterna (15) di detto condotto flessibile (1).
13 . Condotto flessibile secondo una delle rivendicazioni precedenti, c a r a t t e r i z z a t o dal fatto che detto elemento tubolare (2) è realizzato con un un unico lamierino metallico (5).
14. Condotto flessibile secondo una delle rivendicazioni da l a 13, c a r a t t e r i z z a t o dal fatto che detto elemento tubolare (2) è realizzato con almeno due lamierini sovrapposti, di uguale spessore .
15. Condotto flessibile secondo una delle rivendicazioni da l a 13, c a r a t t e r i z z a t o dal fatto che detto elemento tubolare (2) è realizzato con almeno due lamierini sovrapposti, di spessore differente .
16. Condotto flessibile (1) a parete ondulata per disaccoppiare tubazioni di scarico di un motore di autoveicoli, sostanzialmente come descritto, con riferimento alle figure degli annessi disegni.