FR3040072A1

FR3040072A1 - Composant d'une installation de gaz d'echappement

Info

Publication number: FR3040072A1
Application number: FR1657648A
Authority: FR
Inventors: Sinan Wasif; Thorsten Linde; Thorsten Keesser
Original assignee: Faurecia Emissions Control Technologies Germany GmbH
Current assignee: Faurecia Emissions Control Technologies Germany GmbH
Priority date: 2015-08-10
Filing date: 2016-08-09
Publication date: 2017-02-17
Anticipated expiration: 2036-08-09
Also published as: US10233814B2; US20170044965A1; KR20170018784A; CN106437946B; DE102015113159A1; CN106437946A; JP6978190B2; JP2021008882A; JP2017061925A; FR3040072B1

Abstract

L'invention se rapporte à un composant (1, 2, 3) d'une installation de gaz d'échappement pour une machine à combustion interne, présentant une paroi dans laquelle au moins un orifice (10) est prévu et un recouvrement perforé (12) qui est associé à l'orifice (10), un support (14) étant prévu au moyen duquel le recouvrement perforé (12) est monté sur la paroi du composant (1, 2, 3), et un jeu (s) étant prévu entre le support (14) et le recouvrement (12) de sorte que le recouvrement (12) peut se déplacer parallèlement à la paroi du composant (1, 2, 3).

Description

Composant d’une installation de gaz d’échappement L’invention se rapporte à un composant d’une installation de gaz d'échappement pour une machine à combustion interne, présentant une paroi dans laquelle au moins un orifice est prévu, et un recouvrement perforé associé à l’orifice.

Le composant peut être un tuyau conducteur de gaz d’échappement ou un boîtier dans lequel un substrat de catalyseur ou un filtre à particules est par exemple agencé, ou peut être un silencieux. La machine à combustion interne peut en particulier être un moteur pour un véhicule automobile qui fonctionne selon le principe d’Otto ou le principe Diesel.

Des exemples pour un tel composant se trouvent dans les documents DE 10 2012 014 620 A1 et WO 2014/126548 A1. L’orifice dans la paroi du composant recouvert du recouvrement perforé sert à l’amortissement de bruits lorsque le composant est traversé par des gaz d’échappement. En raison du débit de gaz (même faible) à travers l’orifice, moins de résonances sont produites par des ondes stationnaires à l’intérieur du composant. Les courants turbulents dans le flux de gaz d’échappement sont en outre atténués et convertis en courants laminaires, ce qui réduit la part de fréquences élevées dans le spectre de fréquences.

Le recouvrement perforé peut être une tôle qui est pourvue d’un grand nombre de petits orifices. Le degré de perforation est de l’ordre de 1 à 10% au maximum de la surface totale du recouvrement, en particulier dans la plage de 1 à 3 %. Chaque pore individuel présente une superficie dans la plage entre 0,02 et 2 mm2, de préférence dans la plage de 0,04 à 1 mm2.

Le recouvrement perforé est habituellement soudé à la paroi du composant conducteur de gaz d’échappement. Il en résulte une fixation fiable avec la durée de service élevée souhaitée. Il s’est cependant avéré que des charges élevées peuvent agir sur le recouvrement perforé lorsque des dilatations thermiques surviennent.

Plus la différence des coefficients de dilatation thermique des composants est élevée, plus les charges du recouvrement perforé ont un effet critique. Un exemple pour différentes dilatations thermiques sont par exemple d’une part les alliages d’acier ferritique comme il est possible d’utiliser pour les composants conducteurs de gaz d’échappement, et d’autre part les alliages d’acier austénitiques qui sont utilisés pour le recouvrement perforé.

Le but de l’invention consiste à développer le composant connu de telle sorte qu’aucun problème ne survienne lors de dilatations thermiques du composant et/ou du recouvrement.

Pour atteindre ce but, il est prévu selon l’invention un support au moyen duquel le recouvrement perforé est monté sur la paroi du composant, un jeu étant prévu entre le support et le recouvrement de sorte que le recouvrement peut se déplacer parallèlement à la paroi du composant. L’invention repose sur l’idée de base de fixer le recouvrement perforé au composant de telle sorte que des dilatations dues à la chaleur et les déplacements par rapport au support et à la paroi du composant qui en résultent soient admises. Le recouvrement perforé est ici monté sur le composant avec une sorte d’ajustage par glissement.

Le support est de préférence un cadre qui est monté sur la paroi et entoure le bord extérieur du recouvrement. Le recouvrement perforé est ainsi monté sur le composant de manière fiable dans tous les sens.

Pour limiter le déplacement maximum possible du recouvrement perforé de manière fiable dans tous les sens, un jeu est de préférence réalisé entre une face frontale du recouvrement et une surface de butée du support opposée à distance à la face frontale. Même si la présence du jeu d’un côté du recouvrement est suffisant, un jeu est de manière idéale présent dans tous les sens pour permettre la dilatation du recouvrement dans tous les sens.

Selon un mode de réalisation de l’invention, le support présente un tronçon de montage qui est monté sur la paroi, et un tronçon de retenue pour le recouvrement qui, vu dans un sens perpendiculaire à la paroi, est décalé par rapport au tronçon de retenue, la surface de butée étant formée par un gradin à la transition du tronçon de montage vers le tronçon de retenue. Dans ce mode de réalisation, le recouvrement est fixé entre la paroi et une surface du tronçon de montage tournée vers la paroi. Le support peut ainsi être réalisé à une couche.

Le support est de préférence un composant de tôle estampé. Ceci permet la fabrication du support avec peu d’effort et à peu de frais.

Le tronçon de montage peut être soudé à la paroi du composant conducteur de gaz d’échappement. Plusieurs soudages par points peuvent être suffisants pour cela. Il est également possible de prévoir le raccordement du tronçon de montage à la paroi au moyen d’une soudure circonférentielle. Cette soudure s’étend alors de préférence de manière circonférentielle le long du bord extérieur du support.

Il est de préférence prévu que le recouvrement soit maintenu précontraint entre le tronçon de montage et la paroi. La précontrainte empêche d’une part un mouvement de va-et-vient incontrôlé du recouvrement entre des surfaces de butée opposées à l’intérieur du jeu prédéterminé. Ceci pourrait mener à une usure prématurée en raison du mouvement relatif entre le recouvrement et la paroi ou le support qui survient alors. La précontrainte garantit d’autre part aussi que le recouvrement perforé ne puisse pas vibrer par rapport au composant et au support ; ceci provoquerait des bruits non désirés.

La précontrainte peut être obtenue en ce que le recouvrement perforé, à l’état initial, c'est-à-dire lorsqu’il n’est pas encore serré entre la paroi du composant et le support, présente une forme qui est différente de la forme de la paroi. Dans un simple cas, le recouvrement perforé est plan alors qu’il est prévu pour l’obturation d’un orifice dans la paroi d’un tuyau. La précontrainte peut également être obtenue en ce que seule la zone de bord du recouvrement perforé est déformée plastiquement et par exemple pourvue d’une moulure, ou est pliée.

Selon une configuration alternative, il prévu que le support soit réalisé à double couche au moins par tronçons. Dans ce mode de réalisation, le recouvrement perforé est entièrement reçu dans le support de manière à obtenir un ensemble pré-monté qui peut ensuite être monté sur le composant.

Il est de préférence prévu que le support, vu en coupe, présente une section transversale en U et que le recouvrement soit reçu entre les deux branches du support de sorte que la surface de butée est formée par la face intérieure du tronçon de pliage entre les deux branches. Une telle pièce de pliage peut être fabriquée de manière fiable à des coûts de fabrication réduits. Ceci est particulièrement valable lorsque le support est un composant de tôle plié.

Il est de préférence prévu une précontrainte élastique des deux branches l’une contre l’autre et contre le recouvrement agencé entre ces dernières. Des bruits de vibrations en raison d’un mouvement relatif non désiré entre le recouvrement perforé et le support sont ainsi évités de manière fiable.

Selon une configuration de l’invention, il est prévu que le support soit soudé sur la paroi au niveau du tronçon de pliage entre les deux branches. Cette zone est très bien accessible pour y agencer une soudure. La soudure peut alors être prévue uniquement par tronçons ou aussi de manière à être entièrement circonférentielle.

Selon un mode de réalisation de l’invention, il est prévu que le recouvrement soit fixé de manière solidaire au support à un point. Ceci peut par exemple être effectué par un endroit de soudage par points. La fixation ponctuelle du recouvrement au support sert de sorte de palier fixe à partir duquel le recouvrement perforé peut se dilater et se contracter.

Selon un mode de réalisation de l’invention, il est prévu que le support présente une épaisseur de paroi de moins de 1 mm, en particulier une épaisseur de paroi de l’ordre 0,8 mm. Il s’est avéré qu’il est également possible de fixer le recouvrement perforé de manière fiable avec des supports si minces.

Le recouvrement peut présenter une épaisseur de paroi de l’ordre de 0,3 mm. Une feuille si mince s’est révélée être déjà suffisamment résistante mécaniquement. Une faible épaisseur de paroi facilite en outre l’introduction des perforations.

Selon une configuration, il est prévu que la paroi et le recouvrement soient réalisés en des matières présentant des dilatations thermiques respectives différentes. La paroi peut alors être en un alliage d’acier ferritique et le recouvrement en un alliage résistant à une corrosion par gaz chauds et une corrosion humide, en particulier en un alliage ferritique ou un alliage d’acier austénitique. Il en résulte de faibles coûts de fabrication pour le composant conducteur de gaz d’échappement, tandis qu’une résistance élevée à la corrosion en résulte pour le recouvrement.

Il est de préférence prévu que le support soit également réalisé en un alliage d’acier ferritique. Ceci mène également à des coûts de fabrication réduits.

Dans ce qui suit, l’invention est décrite à l’aide de deux modes de réalisation qui sont représentés dans les dessins annexes. Ceux-ci montrent : la figure 1 schématiquement une partie d’une installation de gaz d'échappement avec deux composants conducteurs de gaz d’échappement, la figure 2 un composant avec un recouvrement monté sur celui-ci dans une vue en coupe, la figure 3 le composant de la figure 2 dans une vue éclatée en perspective, la figure 4 le composant de la figure 2 dans une vue de dessus en perspective, la figure 5 en agrandi un support avec un recouvrement avant le montage sur le composant, la figure 6 une vue éclatée de l’ensemble de la figure 5, la figure 7 le composant de la figure 2 dans une vue en coupe en perspective, la figure 8 un détail de la figure 7, figure 9 un composant conducteur de gaz d’échappement selon un deuxième mode de réalisation dans une vue en coupe, la figure 10 une partie de la figure 9 dans une vue agrandie, et la figure 11 schématiquement une découpe de tôle pour le support utilisé dans le deuxième mode de réalisation.

La figure 1 montre différents composants d’une installation de gaz d’échappement. Il s’agit ici d’un premier tuyau d’échappement 1, d’un boîtier 2 et d’un deuxième tuyau d’échappement 3.

Les tuyaux 1 et 3 servent à guider des gaz d’échappement d’une machine à combustion interne vers l’environnement. Des composants peuvent être agencés dans le boîtier 2, au moyen desquels les gaz d’échappement sont traités, par exemple un substrat de catalyseur ou un filtre à particules. Le boîtier 2 peut également être le boîtier d’un silencieux.

Lorsque les composants 1, 2, 3 sont agencés â une certaine distance des soupapes d’échappement de la machine à combustion interne et la température des gaz d’échappement a ainsi déjà légèrement baissé, un alliage d’acier ferritique peut être utilisé comme matière pour les composants 1,2,3.

Dans l’exemple de réalisation montré, les composants 2, 3 sont pourvus d’un orifice 10. Celui-ci peut par exemple être circulaire, rectangulaire, polygonale ou ovale et présenter une superficie de plusieurs centimètres carrés. Un recouvrement qui est fixé au composant au moyen d’un support est respectivement associé à l’orifice 10. Ceci est expliqué en détail ci-dessous.

Les figures 2 à 8 montrent un premier mode àe réalisation. Un recouvrement perforé 12 est utilisé dans celui-ci, lequel en termes généraux est fixé contre la paroi du composant 3 par un support 14.

Bien que l’exemple de réalisation du premier mode de réalisation se rapporte à un recouvrement 12 fermant un orifice 10 dans un tuyau conducteur de gaz d’échappement, il est clair que l’orifice 10 peut également être prévu à un autre endroit de l’installation de gaz d’échappement. L’orifice 10 peut être prévu dans la surface enveloppante du boîtier du composant 2, tel que représenté à la figure 1, ou bien dans l’une des parois frontales du composant 2.

Le recouvrement perforé 12 est composé d’une feuille métallique ou d’une tôle métallique dont l’épaisseur de paroi peut par exemple être de 0,3 mm. Il est pourvu d’un grand nombre de petites perforations, la part des perforations dans la surface total du recouvrement étant dans la plage de 1 à 10% et de préférence de 1 à 3 %.

Les perforations peuvent avoir une forme circulaire, une forme rectangulaire ou une autre géométrie. Lorsque leur surface ouverte est convertie en une forme circulaire, elle correspond à un diamètre de l’orifice de l’ordre de 1 mm à 1,5 mm.

Lorsque les dimensions des orifices sont inférieures à ces valeurs, on parle également de recouvrement microperforé.

Un alliage résistant à la corrosion par gaz chauds et à la corrosion humide, par exemple Inconel, est utilisé en tant que matière pour le recouvrement 12. Il est de préférence possible d’utiliser un alliage d’acier austénitique ou un alliage ferritique approprié. L’épaisseur de paroi du recouvrement est inférieure à 1 mm et en particulier de l’ordre de 0,5 mm.

Ces valeurs sont valables pour la tôle initiale. En ce qui concerne des procédés de fabrication par enlèvement de copeaux ou sans enlèvement de copeaux tels qu’il est possible d’utiliser pour la fabrication du recouvrement, le recouvrement est éventuellement « plus épais » après l’usinage lorsque la distance des pics de surface sont mesurés, étant donné que des bavures peuvent se former.

Le support 14 est réalisé sous forme de cadre et se compose d’une tôle. Un alliage d’acier ferritique est de préférence utilisé en tant que matière, de préférence un alliage d’acier présentant le même comportement de dilatation thermique que le composant ou la paroi du composant avec lequel/laquelle il est relié.

Le support 14 présente un tronçon de montage circonférentiel 16 qui est destiné à être adapté à la paroi du composant 3. Un tronçon de retenue 18 est prévu à l’intérieur du tronçon de montage circonférentiel 16. Le tronçon de retenue 18 forme le bord intérieur du support 14 et définit un évidement qui est légèrement supérieur à l’orifice 10.

Comme il est particulièrement visible à la figure 8, le tronçon de retenue 18 est décalé par rapport au tronçon de montage dans un sens perpendiculaire au tronçon de montage 16 et ainsi aussi perpendiculaire à la paroi du composant 3. Le décalage correspond au moins à l’épaisseur du recouvrement perforé 12. Le décalage est de préférence légèrement plus grand (voir en particulier figure 2).

Le décalage entre le tronçon de retenue 18 et le tronçon de montage 16 peut être obtenu par un estampage approprié d’une découpe de tôle plan du support.

Le tronçon de retenue 18 définit un logement pour le recouvrement 12 qui peut être agencé dans ce logement (voir en particulier les figures 3, 5 et 6). Les dimensions du recouvrement 12 sont alors choisies de telle sorte que le recouvrement est légèrement plus petit que le logement. En d’autres termes, un faible jeu s reste entre les faces frontales du recouvrement 12 et d’un gradin 20 formé à la transition entre le tronçon de retenue 18 et le tronçon de montage 16. Ce jeu s est dans la plage de 0,2 à 4 mm.

Lorsque le support 14 est monté sur le composant 3, le recouvrement perforé 12, en raison du jeu s, peut « migrer» au-dessous du tronçon de retenue 18 parallèlement à la paroi du composant 3, plus précisément jusqu’à ce qu’il bute respectivement contre le gradin 20 qui sert de surface de butée sur le support pour le recouvrement 12.

Le support 14 est monté de manière solidaire sur la paroi du composant 3 au moyen de son tronçon de montage 16. Dans l’exemple de réalisation représenté, le tronçon de montage 16 peut être soudé par plusieurs endroits de soudage par points 22 (voir la figure 4). Il est également possible d’utiliser une soudure 24 entourant le tronçon de montage 16 à l’extérieur (voir la figure 2).

Le support 14 peut soit être monté pré-plié sur le composant 3 (voir la figure 3) ou en alternative également être placé sur le composant dans un état plan (voir la figure 5) et ensuite être pressé contre le composant 3 de manière à suivre le contour du composant 3. Il y est ensuite soudé.

Comme il est visible à la figure 8, il est prévu un point de fixation 26 au niveau duquel le recouvrement 12 est fixé au tronçon de retenue 18. Il peut ici s’agir d’un endroit de soudage par points. Le point de fixation 26 détermine la position du recouvrement perforé 24 par rapport au support 14 à ce point, de sorte que le recouvrement 12 se dilate ou se contracte à partir de cet endroit lorsque des changements de température agissent. Un ensemble pré-monté est ainsi en outre formé.

Le recouvrement 12 est reçu de manière élastiquement résiliente entre la surface extérieure de la paroi du composant 3 et la face du tronçon de retenue 18 tournée vers le composant 3. A cet effet, il est possible de pré-plîer le recouvrement ou d’estamper une moulure le long du bord extérieur du recouvrement. En alternative, tel qu’il est visible à la figure 2, il est possible de plier un bord extérieur 28 du recouvrement 12 de sorte que le recouvrement 12 est réalisé à double couche dans la zone du son bord extérieur. La précontrainte résiliente souhaitée est ici produite en raison des forces de rappel du tronçon de bord plié.

La précontrainte de ressort est d’une part si élevée que des bruits de vibration non désirés par un mouvement du recouvrement 12 par rapport au composant 3 et au support 14 sont empêchés. Les forces de ressort sont d’autre part si faibles qu’un mouvement relatif du recouvrement 12 par rapport au composant 3 et au support 14 dû aux températures est possible sans que des charges mécaniques excessivement élevées agissent sur le recouvrement 12.

Les figures 9 à 11 montrent un deuxième mode de réalisation. Les mêmes numéros de référence sont utilisés pour les composants connus du premier mode de réalisation. Sur ce point, il est renvoyé aux explications ci-dessus.

La différence entre le premier et le deuxième mode de réalisation consiste en ce que dans le deuxième mode de réalisation, le support 14 est réalisé en deux couches. Vu en section transversale perpendiculaire à un bord extérieur du support 14, il présente une section transversale en U (voir la figure 10), le recouvrement 12 étant agencé entre les deux faces intérieures opposées des deux branches 14A, 14B. Le côté intérieur du point de pliage entre les deux branches 14A, 14B agit ici en tant surface de butée 20.

Le support 14 peut être réalisé à partir d’une découpe de tôle 14’ telle que représentée à la figure 4.

Dans le deuxième mode de réalisation, le recouvrement 12 est, de la même manière que dans le premier mode de réalisation, légèrement plus petit que le logement formé à l’intérieur du support 14 de sorte qu’un jeu s reste entre les faces frontales du recouvrement 12 et de la surface de butée 20.

Une précontrainte élastique agit entre un recouvrement 12 et le support 14 également dans le deuxième mode de réalisation. Celle-ci peut ici être générée en ce que les deux branches 14A, 14B du support 14 reçoivent entre elles le recouvrement 12 à la manière d’une bride ressort. De plus, ou en alternative, il peut être prévu que le bord extérieur du recouvrement 12 soit plié comme il est connu du premier mode de réalisation.

Le support 14 peut former ensemble avec le recouvrement 12 un ensemble pré-monté qui est fixé au composant 3. A cet effet, il est possible d’utiliser une soudure 24 qui relie le support 14 à la paroi du composant 3 dans la zone du point de pliage entre les deux branches 14A, 14B. La soudure 24 peut alors être prévue de manière circonférentielle ou uniquement par tronçons.

En alternative, il est possible de tout d’abord souder la découpe de tôle 14’ du support 14 au composant 3, par exemple par plusieurs soudages par points 22, ensuite de placer le recouvrement 12 dessus et puis de plier les pattes extérieures de telle sorte que le support 14 est réalisé à double couche.

Dans le deuxième mode de réalisation, il est également possible de prévoir une fixation du recouvrement 12 par rapport au support 14 à un point de fixation, en particulier par un endroit de soudage par points.

Claims

Revendications

1. Composant (1, 2, 3) d’une installation de gaz d’échappement pour une machine à combustion interne, présentant une paroi dans laquelle au moins un orifice (10) est prévu et un recouvrement perforé (12) qui est associé à l’orifice (10), un support (14) étant prévu au moyen duquel le recouvrement perforé (12) est monté sur la paroi du composant (1, 2, 3), et un jeu (s) étant prévu entre le support (14) et le recouvrement (12) de sorte que le recouvrement (12) peut se déplacer parallèlement à la paroi du composant (1, 2, 3).
2. Composant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support (14) est un cadre qui est monté sur la paroi et qui entoure le bord extérieur du recouvrement (12).
3. Composant selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le jeu (s) est réalisé entre une face frontale du recouvrement (12) et une surface de butée (20) du support (14) opposée à distance à la face frontale.
4. Composant selon la revendication 3, caractérisé en ce que le support (14) présente un tronçon de montage (16) qui est monté sur la paroi et un tronçon de retenue (18) pour le recouvrement (12) lequel, vu dans un sens perpendiculaire à la paroi, est décalé par rapport au tronçon de montage (16), et en ce que la surface de butée (20) est formée par un gradin (20) à la transition du tronçon de montage (16) vers le tronçon de retenue (18).
5. Composant selon la revendication 4, caractérisé en ce que le support (14) est un composant de tôle estampé.
6. Composant selon l’une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le tronçon de montage (16) est soudé à la paroi.
7. Composant selon l’une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le recouvrement (12) est maintenu précontraint entre le tronçon de montage (16) et la paroi.
8. Composant selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le support (14) est réalisé à double couche au moins par tronçons.
9. Composant selon la revendication 8, caractérisé en ce que le support (14), vu en coupe, présente une section transversale en U et en ce que le recouvrement (12) est reçu entre les deux branches (14A, 14B) du support de sorte que la surface de butée (20) est formée par la face intérieure du tronçon de pliage entre les deux branches (14A, 14B).
10. Composant selon la revendication 9, caractérisé en ce que les deux branches (14A, 14B) sont précontraintes élastiquement et contre le recouvrement (12) agencé entre celles-ci.
11. Composant selon l’une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que le support (14) est un composant de tôle plié.
12. Composant selon l’une des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que le support (14) est soudé à la paroi au niveau du tronçon de pliage entre les deux branches (14A, 14B).
13. Composant selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le recouvrement (12) est fixé de manière solidaire au support (14) à un point (28).
14. Composant selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le support (14) présente une épaisseur de paroi inférieure à 1,2 mm, en particulier une épaisseur de paroi de l’ordre de 0,8 mm.
15. Composant selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le recouvrement (12) présente une épaisseur de paroi de l’ordre de moins de 1,0 mm, en particulier une épaisseur de paroi de l’ordre de moins de 0,5 mm.
16. Composant selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi et le recouvrement sont réalisés en des matières présentant des dilatations thermiques respectives différentes.
17. Composant selon la revendication 16, caractérisé en ce que la paroi est réalisée en un alliage d’acier ferritique et le recouvrement (12) en un alliage résistant à la corrosion par gaz chauds et à la corrosion humide, en particulier en un alliage d’acier austénitique ou un alliage ferritique.
18. Composant selon la revendication 16 ou 17, caractérisé en ce que le support (14) est réalisé en un alliage d’acier ferritique.