WO1998045584A1 - 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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Patrick François MARKIEWSKI
Alain Pierdet
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    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49398—Muffler, manifold or exhaust pipe making

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust device for an internal combustion engine and its production method.
  • the present invention relates more particularly to an exhaust duct having a housing suitable for mounting a measurement probe and the method of producing such a housing.
  • the internal combustion engines equipping motor vehicles are today provided with an electronic control system which adjusts, from preprogrammed strategies and according to the operating conditions of the engine, the quantity of fuel injected, the quantity of gas recirculated exhaust, etc.
  • the measurement probes fitted to the exhaust line are screwed into threaded housings passing through the wall of the exhaust ducts, so as to bring the analysis cells in contact with the exhaust gas flow.
  • the tapped holes are conventionally formed by rings which are added by welding into openings made through the exhaust ducts (SEFG welding or resistance welding).
  • the present invention therefore relates to an exhaust duct having a tapped hole for housing a probe used for the analysis of the composition of the gases, this hole being produced directly through the same wall of the duct without a welded attached threaded ring.
  • the exhaust device for an internal combustion engine according to the invention comprises a duct element inside which the exhaust gases flow, this duct element comprising a housing allowing the mounting of a measurement sensor such as an oxygen sensor.
  • the exhaust device 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 duct element.
  • the duct element where the hole extended by a socket is formed has a wall of substantially uniform thickness 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 in drilling through the wall with a tool, a speed and a penetration force adapted to cause the fusion and the repression of the material around the tool as the advancement of this the latter until a socket of required height and diameter is obtained.
  • the tool used for the flow drilling operation consists of an ogival mandrel.
  • the first flow drilling operation is then followed by a second tapping operation by deformation.
  • Figure 1 is a partial axial sectional view of an exhaust duct according to the invention equipped with a measurement probe
  • FIGS 2 and 3 are detail views of the conduit according to Figure 1, detailing the method of producing the housing of the probe.
  • an exhaust duct element referenced 1 fitted to an exhaust line of an internal combustion engine mounted for example on a motor vehicle.
  • This conduit which is formed by a simple tube of stainless metal alloy of small thickness (conventional steel or steel coated with aluminum), between 1 and 3 mm, and which is intended, for example, to extend into the collector exhaust and catalytic converter not shown, is provided with a housing 2 for a measurement probe 3 such as a lambda oxygen probe.
  • the housing 2 is produced directly through the same wall of the tube, using the process described in accordance with Figures 2 and 3.
  • the first operation consists in operating by hole punching 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 made of tungsten carbide, rotating at high speed, at more than 500 rpm and preferably between 3000 and 5000 rpm, and pressed into the tube with a certain penetration force.
  • the contact of the rapidly rotating tip locally causes a sharp rise in temperature which brings the metal to the plastic state.
  • the thrust exerted by the punch by the advance system makes it gradually penetrate into the hole thus outlined by pushing the material around it.
  • Metal flowing in the direction of advance forms a collar and in the opposite direction a bead.
  • a collar 41 located at the upper part of the punch can fold the metal overflowing outside the tube and give it a flat surface facilitating the support and sealing of the probe 3.
  • a calibrated hole 21 is thus obtained, extended by a socket 22.
  • this socket 22 it is then possible to form a thread allowing the probe 3 to be screwed in.
  • this second positioning operation a thread 23 is produced by rolled tapping.
  • This tapping operation without chips consists in obtaining the thread by deformation of the material of the sleeve 22.
  • a tool 5 having an active surface in the form of a screw is used as a tap.
  • the tap operates by rolling by deforming the material of the sleeve, the profile of the thread 23 is then printed by displacement of the material from the bottom of the thread towards the crest.
  • the speed of rotation and the penetration force of the tap are adapted to produce the desired resistance of the threads. It is possible to choose a speed of rotation of the tap preferably between 700 and 1500 rpm, this however not being limiting of the present invention.
  • the present invention offers the additional advantage of being more economical and simpler to enforce.
  • the present invention is not limited to the sole production of a tapped hole for housing an oxygen sensor but can be applied to the production of all tapped holes formed on the exhaust line of a internal combustion engine necessary for the installation of the various sensors or probes required for controlling the engine and / or diagnosing the burned gas treatment means or means by catalytic conversion equipping the exhaust line.
  • the present invention also applies to exhaust ducts comprising several concentric walls. In this case, the tapped hole necessary for mounting the sensor is produced by carrying out the flow drilling through the various walls.

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Abstract

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 (3) réalisés directement à travers la paroi dudit élément de conduit (1).

Description

DISPOSITIF D'ECHAPPEMENT POUR MOTEUR A COMBUSTION INTERNE ET SON PROCEDE DE FABRICATION
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. En effet, lors du soudage, 1 '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

REVENDICATIONS
[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 (3) réalisés directement à travers la paroi dudit élément de conduit (1) , ledit logement (2) étant obtenu à partir d'une première opération de fluoperçage suivie d'une seconde opération de taraudage par déformation, ladite 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.
[2] Dispositif d'échappement pour moteur à combustion interne 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 pour moteur à combustion interne 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. [4] Procédé pour réaliser un dispositif d'échappement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 , caractérisé en ce que ledit outil est constitué par un mandrin ogival.
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