Brevet FR2328914A1 — publié le 19770520

La présente invention concerne un tuyau à double paroi, amortisseur du bruit et de la chaleur, notamment un tuyau d'échappe- ment de moteur à combustion, consistant en un tuyau extérieur et un tuyau intérieur concentrique au premier, avec une couche d'amortissement phonique et thermique disposée dans une fente annulaire formée entre les deux tuyaux. Des tuyaux de ce genre sont déjà connus, par exemple, d'après le brevet US no 3 201 861 et la demande allemande de brevet publiée avant examen DD no 2 341 055. tans ces deux brevets, il est prévu, comme couche d'amortissement, un matériau, non particuliere- ment précisé, qui, par exemple, dans la demande allemande de brevet publiée avant examen DT no 2 341 055 peut être appliqué sur le tuyau intérieur, sous la forme d'un tuyau souple glissé en place, ou de fibres à enrouler, ou sous forme de barde enroulée. Une mesure analogue est également d t emploi courant dans la technique dtisola- tion ou a'amortissement contre la chaleur et le froid.Comme matière isolante, sont employés alors essentiellement des ~ruches ou des enroulements en fibres de verre, d'amiante, fibres minérales ou céramiques, textiles ou de résines synthétiques. Dans la mesure où ces matériaux d'amortissement résistent aux chocs de chaleur et de vibrations et aux charges sonores auxquels ils sont exposés dans des tuyaux d'échappement de moteurs amortisseurs de chaleur et de bruit, il ntexiste cependant que très peu de ces matériaux, qui sont susceptibles d'erre choisis. Les matériaux d'amortissement qui ont été proposés et utilisés pour l'amortissement thermique et sonore dans la construction de tuyaux dréchappement de moteurs à combustion, commencent à se transformer à partir de températures d'environ 6000 C, ou même plus basses, en se contractant, se grillant ou se décomposant.Dans ces conditions, les matériaux utilisés jusqutà ce jour ne suffisent pas pour répondre aux exigences posées pour l'amortissement thermique et sonore de conduites d'échappement de moteurs à combustion, dans lesquelles la charge de température stélève au-delà de 6000 C et jusqutà 1000O C et davantage, ces températures pouvant se produire en liaison avec des procédés thermiques ou catalytiques de post-combustion de gaz d'échappement de moteurs. ta présente invention a pour but de réaliser une conduite tubulaire à amortissement thermique et sonore, qui résiste même à des charges extrêmes de chaleur et de vibrations, de chocs sonores et de bruit. Dans ce but, le tuyau à double paroi du type précédemment décrit est caractérisé, conformément à l'invention, en ce que la couche d'amortissement est constituée en mica gonflé, ou silicate d r aluminium-magnésium. Grâce à l'isolation du tuyau intérieur conduisant les gaz chauds par rapport au tuyau extérieur, au moyen de l'enveloppe en silicate d'aluminium-magnésium intercalée dans la fente annulaire, est réalisé un bouclier thermique pour la conduite tubulaire, qui supporte des températures allant jusqu'à 1200oC sans modifications ou apparence de dissociation. Même dans le cas de secousses extrêmement violentes, la structure élastiqueen forme d'accordéon des particules de silicate d'aluminium-magnésium est conservée sans que se forment des cavernes devant être compactées après la mise en place. Malgré la résistance optimale à la chaleur et malgré la compacité, le poids avec seulement une valeur de 55 à 130 kg/m3 est très faible et accroît à peine le poids du dispositif d'échappement. le prix de revient est réduit, car la matière de base constituée par le silicate d'aluminium-magnésium est un minéral extreme- ment répandu dans la nature. le matériau d'amortissement permet un remplissage efficace et durable de la fente annulaire. le bouclier thermique présente ainsi une capacité d'isolation extrêmement bonne. Etant donné que cet effet isolant de la chaleur est spécialement élevé, le coefficient de conductibilité thermique étant d'environ 0,04 kilocal. par h.m.0-C à Og Cj il ne se produit aucune perte thermique importante du gaz de la canalisation. Un rayonnement thermique défavorable sur les parties voisines de la canalisation, sur le fond du véhicule, etc. est ainsi évité, et, dans le cas d'une postcombustion des gaz d'échappement montée à la suite, son délai d'entrée en réaction est considérablement raccourci. le dispositif d'amortissement dans la fente annulaire est également résistant à l'égard des agressions chimiques et est diélectrique. Etant donné que dans le matériau de départ ou mica, l'eau de liaison contenue a été éliminée, lors de l'opération de gonflement, le silicate d'aluminium-magnésium ne dégage à l'échauffe- ment aucun condensat aqueux, de sorte que les parois de la fente annulaire des deux conduites tubulaires ne sont soumises à aucune formation de corrosion destructive. Suivant une réalisation avantageuse de ltinvention, la couche amortisseuse peut être en contact avec le gaz d'échappement du tuyau intérieur au moins par portions, en raison d'évidements dans sa masse. En raison de cette constitution, la ccuche amortisseuse entre le tube intérieur et le tube extérieur participe également à l'absorption du bruit dans les gaz d'échappement. Cet effet supplémentaire est obtenu sans dépense d'installation supplémentaire. Une forme de construction avantageuse est obtenue en prévoyant que les évidements sont formés par des bords de languettes découpées. Cette mesure permet un accès satisfaisant des gaz d'échappement vers la couche amortisseuse en combinaison avec la structure en tamis fin favorable dustuyau intérieur pour permettre une mise en place exempte de pertes de la couche amortisseuse, constituée par une matière en vrac, dans la fente annulaire entre le tuyau intérieur et le tuyau extérieur. Une autre réalisation avantageuse de l'invention consiste en ce que le tuyau extérieur présente dans le domaine des évidements un plus grand diamètre. Cette mesure permet un accroissement du volume de la couche amortisseuse et ainsi du pouvoir d'absorption. Notamment dans le cas de tuyaux d'échappement de courte longueur, on obtient ainsi une compensation du moindre effet d'absorption causé par le raccourcissement du tuyau. Lorsque, avec une telle constitution de l'élargissement du diamètre du tube extérieur, on atteint un diamètre très grand, ce mode de réalisation présente, en outre, l'avantage que le tuyau extérieur, dans le domaine de son diamètre plus grand pourvu des évidements, peut être constitué comme un appendice séparé avec extrémités rétrécies. Cet appendice en forme de pot peut ainsi être enfiché au moyen des extrémités rétrécies dans la canalisation tubulaire. Une telle constitution en forme dtau moins un appendice est notamment avantageuse aux emplacements où on dispose au-dessous du plancher du véhicules d'espaces libres pour la mise en place d'une canalisation tubulaire servant de tuyau dtéchap- pement des gaz, pour accroître l'effet d'absorption du bruit. La description ci-après se rapporte à plusieurs modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et expliqués avec référence aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue en coupe longitudinale à travers un tuyaux d'échappement du moteur constitué conformément à l'invention la figure 2 est une vue d'une portion découpée dans la longueur, d'une autre forme de réalisation du tuyau conforme à l'invention la figure 3 est une vue analogue à celle de la figure 2 d'une troisième forme de réalisation du tuyau d'échappement, et la figure 4 est une vue en coupe dans le sens de la longueur, d'une canalisation tubulaire, suivant une autre forme de réalisation, constituée comme un élément séparé à enficher dans le pot d'échappe- ment. La canalisation tubulaire avec amortissement thermique et sonore présente un tuyau extérieur 1, dans lequel est monté concentriquement un tuyau intérieur 2. Les diamètres des deux tuyaux sont choisis de telle manière que soit formée entre eux une fente annulaire 5 plus ou moins large. ta position concentrique du tuyau intérieur 2 dans le tuyau extérieur 1 peut être maintenue par des rétrécissements 4 ou un soudage 5 et/ou en prévoyant d'une manière non représentéc; des flasques de brides sur les deux extrémités des tuyaux. Réparties sur la longueur de la canalisation tubulaire, peuvent encore être prévues des nervures, ou saillies, non représentées, ou autres moyens connus d'espacement pour le maintien de la fente annulaire 3. La fente annulaire 3 est remplie avec une couche de matière 6 amortissant la chaleur et le bruit. Cette couche amortisseuse est constituée, conformément à l'invention, en silicate d'aluminiummagnésium expansé. Il s'agit là d'une matière d'amortissement en vrac, à écoulement libre, déjà utilisée dans le domaine de la construction, qui est obtenue à partir de mica par un traitement de gonflement sous effet de choc thermique. Dans cette opération de gonflement, l'eau qui est présente entre les couches de mica écarte les couches l'une de l'autre, de telle sorte que les particules de mica primitivement en forme de grains ou de plaques prennent une structure extrêmement élastique, en forme d'accordéon. Cette matière, en raison de l'évacuation d'eau causée par le traitement de gonflement, est d'une densité très faible. Tandis que le mica non traité possède une densité en vrac d'environ 1400 à isoe kg/m3, celle-ci se trouve réduite, après le traitement, suivant la pureté, à environ 55 à 130 kg/m3. En raison de l'extraction de l'eau, la matière d'amortissement ne dégage, lors de l'échauffement, aucun condensat. Elle est également de préférence diélectrique, de même qu'exempte de moisissures, et ne produit avant tout aucune corrosion sur les parties métalliques en contact. A cela s'ajoute que le mica gonflé n'est pas combustible et possède une résistance élevée aux agents chimiques. Un avantage important est, en outre, que la matière dtamortissement ainsi constituée présente un point de fusion très élevé d'environ 1350OC. L'effet d'isolation thermique est excellent, car le coefficient de transmission de chaleur est égal à 0,04 kilocal/h.m.-0C à Oo C. Le matériau d'amortissement en silicate dtun tuyau à double paroi avec un amortissement thermique et sonore excellent. Un tel tuyau correspond pleinement aux hautes charges et exigences de tuyaux d'échappement de moteurs à combusion, notamment aux charges et exigences extrêmes de tels tuyaux, en liaison avec des dispositifs pour la post-combustion de gaz d'échappement. On a constaté que même des post-combustions de gaz d'échappement avec des productions de chaleur de 1095ou et les secousses intervenant, ne provoquent aucune modification dans la structure, la compacité, l'élasticité et dans le pouvoir isolant de la matière amortissante. Même le tuyau chauffé à l'état incandescent, tel qu'il se produit au moins lors de la formation du cordon de soudure, n'influence pas défavorablement la couche d'amortissement 6. Le pouvoir isolant élevé du tuyau d'échappement conforme à l'invention permet également de monter celui-ci directement sur le bloc moteur et de maintenir constante la température de sortie des gaz du bloc moteur, sans pertes de chaleur particulières jusqu'à l'étape de post-combustion. Il en résulte que la mise en oeuvre de la post-combustion peut être accélérée et maintenue avec la même efficacité même lors d'un régime de puissance réduit. En outre, les parties du véhicule voisines du tuyau d'échappement et l'environnement sont protégés de manière optimale à l'égard du rayonnement de chaleur. La couche de matière d'amortissement versée dans la fente peut également être consolidée avec un produit de liaison, par exem ple, si le tuyau d'échappement doit être livré avec une fente annulaire ouverte vers un côté. Comme produit liant doit être choisi un produit qui ne compromet pas les avantages du mica expansé. Pour cela, on peut citer des produits liants à base minérale ou céramique, qui, par exemple, par un traitement thermique effectué après le remplissage, ou lors de la première mise en marche du moteur, établissent une structure de silicate entre les particules ou grains de mica expansé. On peut également adopter des produits liants minéraux ou hydrauliques. L'effet d'amortissement thermique et sonore décrit du double tuyau peut encore être complété par un autre effet en faisant agir encore également le dispositif comme un amortisseur combiné d'absorption du bruit. tans ce but, on rend possible un contact du gaz d'échappement sortant, au moins par portions, avec la couche d'amortissement 6. Le tuyau intérieur 2 présente pour cela, au moins par endroits, des évidements ou perforations 7 dans le genre d'un tuyau à tamis connu en soi d'échappement et d'amortissement du bruit. Les évidements peuvent, par exemple, être des perforations de traversée comme on le voit dans la figure 2, ou, comme le montre la figure 3, consister en petits orifices étroits en forme de fentes 7'. Ces orifices en forme de fentes peuvent être formés par les bords librement découpés 7" de parties embouties formées radialement ou centralement, ou de languettes 8.De tels évidements en fentes permettent, d'une part, au gaz de trouver une bonne traversée vers la couche d'amortissement et d'absorption 6 en silicate d'aluminium-magnésium placée dans la fente annulaire 3, et, d'autre part, ils permettent, malgré les nombreux évidements, un maintien sûr de cette couche, notamment lorsque celle-ci consiste en un remplissage en vrac avec du silicate Une efficacité accrue de l'amortissement thermique et sonore ainsi que de l'absorption du bruit peut être obtenue par une expansion plus prolongée ou par un accroissement du volume de la fente annulaire 3, pour former ainsi une couche d'amortissement et d'absorption 6 plus allongée ou plus épaisse. Le tuyau extérieur 1 peut, dans le dernier cas mentionné, présenter un diamètre plus grand D (figure 4), au moins dans le domaine d'emplacements déterminés de la canasisation tubulaire, spécialement appropriés à une technique D du tuyau extérieur 1 se trouve considérablement au-delà du diamètre normal des autres portions de la canalisation correspondant aux figures 1 et 2, la portion élargie en question peut être constituée comme une unité de construction séparée sous forme d'un appendice destiné à être inséré, en tant que tel aux emplacements appropriés de la canalisation, par exemple, par soudage. Cet appendice ou unité de construction 9 peut dans ce but présenter à ses deux extrémités une sortie de jonction rétrécie 9a adaptée au diamètre des autres portions de la canalisation. Dans cette unité en forme de pot 9, le tuyau intérieur 2 constitué par un tuyau à tamis perforé, peut également, en vue d'accroître l'effet d'absorption, être recourbé ou rétréci (de manière non représentée) et être combiné avec d'autres canaux du tuyau à tamis, ou partagé à la manière de compartiments. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés. Diverses modifications et variantes restent possibles, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. -REVENt1CÂT10N#- 1. Tuyau à double paroi amortisseur de la chaleur et du bruit, notamment tuyau d'échappement de moteur à explosion, consistant en un tuyau extérieur et un tuyau intérieur concentrique au premier, avec une couche d'amortissement disposée dans la fente annulaire formée entre les deux tuyaux, caractérisée en ce que la couche d'amortissement thermique et phonique consiste en mica expansé, ou silicate d'aluminium-magnésium. 2. tuyau suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la couche d'amortissement est consolidée au moyen d'un produit liant. 3. Tuyau suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la couche d'amortissement est en contact avec le gaz d'échappement du tuyau intérieur, au moins par endroits, à travers des évidements de la paroi du tuyau intérieur. 4. Tuyau suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les évidements de traversée sont formés par des fentes,des bords de languettes découpées, ou par des perçages. 5. Tuyau suivant l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que le tuyau extérieur présente dans le domaine des évidements un diamètre plus grand. 6. Tuyau suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le tuyau extérieur est constitué dans le domaine de son plus grand diamètre pourvu des évidements, comme un élément séparé avec des extrémités de sortie rétrécies.