Brevet FR2624912A1 — publié le 19890623

L'invention concerne une pièce tubulaire d'échappement à deux conduits destinée en particulier à un véhicule automobile. Dans les moteurs à pistons des véhicules automobiles, on cherche à favoriser le remplissage à l'admission et la vidange à l'échappement des cylin- dres, par des effets acoustiques. Sur les moteurs à plusieurs cylindres, cela peut être réalisé en rac- cordant les échappements de chaque cylindre d'une ma- nière déterminée en utilisant des tubulures de section et de longueur soigneusement choisies. Par exemple, dans le cas d'un moteur à qua- tre cylindres, on peut raccorder entre elle tout d'abord les tubulures d'échappement des cylindres 1 et 3 d'une part et 2 et 4 d'autre part, pour les faire déboucher dans deux conduits distincts qui sont eux- mêmes réunis en un seul conduit après un certain par- cours. Ce type de montage nécessite la présence de deux conduits qui cheminent en parallèle sur une cer- tane longueur qui peut être relativement importante. Dans le but de simplifier le montage et de réduire l'encombrement de l'échappement, on a proposé d'utiliser une pièce d'échappement tubulaire à deux conduits, aussi appelé "tube siamois", qui peut être réalisée sous forme droite et ensuite déformée, par exemple par cintrage, avant d'être montée sur le véhi- cule, La mise en forme et la pose des deux conduits sont donc réalisées simultanément. La pièce tubulaire à deux conduits peut être constituée par une enveloppe externe tubulaire et par une cloison de séparation disposée suivant la longueur de l'enveloppe tubulaire et fixée sur cette enveloppe par ses côtés latéraux. L'assemblage de l'enveloppe 2 6 2 4 9 1 2 externe et de la cloison est généralement réalisé par soudage. Un tel dispositif présente de nombreux avan- tages par rapport à l'utilisation de deux conduits sé- parés disposés en parallèle. Le découplage de l'échap- pement et du moteur (rotulage) est plus simple, en particulier dans le cas des moteurs transversaux. Le dispositif présente également une meilleure tenue mé- canique; son implantation est facilitée dans la mesu- re o il est souvent plus facile de faire passer un gros tube que deux petits tubes en parallèle le long de la caisse du véhicule; enfin, la conception et donc la fabrication du dispositif à deux conduits est beaucoup plus simple, ce qui entraîne des coûts ré- duits. En revanche, les pièces d'échappement à deux conduits de ce type présentent l'inconvénient d'émet- tre des bruits à un niveau sonore important, à cause de la présence de la cloison de séparation ou âme qui a tendance à vibrer sous l'effet des pressions diffé- rentes auxquelles sont soumises ses deux faces. En se déformant, l'ime entraîne l'enveloppe tubulaire en vi- bration, ce qui se traduit par une émission de bruit d'autant plus importante qu'on se trouve la plupart du temps en présence de phénomènes de résonance. Jusqu'ici, aucune solution satisfaisante n'a pu être trouvée, si bien que l'utilisation des pièces d'échappement à deux conduits malgré leurs très nom- breux avantages risque d'être abandonnée, à cause du haut niveau sonore de l'échappement obtenu. Le but de l'invention est donc de proposer une pièce tubulaire d'échappement à deux conduits, en particulier pour véhicules automobiles, comportant une enveloppe externe tubulaire et une cloison de sépara- 26 2 4 9 1 2 tion du volume interne de l'enveloppe en deux conduits continus disposée suivant la longueur de l'enveloppe et fixée sur l'enveloppe par ses côtés latéraux, cette pièce d'échappement ayant en fonctionnement un faible niveau d'émission acoustique. Dans ce but, la cloison est constituée par au moins deux plaques superposées assemblées de façon que ces plaques gardent, lors de leurs déformations en flexion, une certaine possibilité de glissement rela- tif suivant leurs surfaces de jonction. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire à titre d'exemple non limita- tif, en se référant aux figures jointes en annexe, plusieurs modes de réalisation d'une pièce d'échappe- ment suivant l'invention. La figure 1 est une vue schématique d'un moteur à quatre cylindres ayant un dispositif d'échap- pement bi-tubes suivant l'art antérieur. La figure 2 est une vue en perspective d'une portion d'une pièce tubulaire à deux conduits suivant l'art antérieur. La figure 3 est une vue en coupe transversa- le de la pièce tubulaire à deux conduits représentée sur la figure 2. La figure 4 est une vue schématique montrant le mécanisme de l'émission acoustique d'une pièce d'é- chappement à deux conduits suivant l'art antérieur. La figure 5 est une vue en coupe transversa- le d'une pièce tubulaire à deux conduits suivant l'in- vention et suivant un premier mode de réalisation. Les figures 6a et 6b sont des vues de détail à plus grande échelle de la paroi de séparation de la pièce d'échappement représentée sur la figure 6, cette paroi de séparation étant dans un état non déformé et dans un état déformé par flexion, respectivement. La figure 7 est une vue en coupe transversa- le d'une pièce tubulaire à deux conduits suivant l'in- vention et suivant un second mode de réalisation. La figure 8 est une vue en perspective de la cloison de séparation de la pièce d'échappement à deux conduits représentée sur la figure 7. Sur la figure 1, on voit un moteur 5 à qua- tre cylindres d'un véhicule automobile comportant des tubulures d'échappement 1, 2, 3 et 4 reliées respecti- vement au premier, au second, au troisième et au qua- trième cylindres. Les tubulures 1 et 3 sont reliées à un premier conduit 6 alors que les tubulures 2 et 4 sont reliées à un second conduit 7, les conduits 6 et 7 étant disposés parallèlement suivant la longueur de la caisse du véhicule, pour déboucher dans un conduit commun 8 qui est luimême relié au pot d'échappement du véhicule. Une telle disposition favorise le rem- plissage et la vidange des cylindres par effet acous- tique. Cependant, la nécessité de prévoir deux conduits parallèles 6 et 7 complique la construction et la pose du système d'échappement du véhicule. On a donc conçu des pièces tubulaires d'é- chappement à deux conduits destinées à remplacer des conduits disposés en parallèle tels que les conduts 6 et 7. Une pièce tubulaire à deux conduits selon l'art antérieur va être décrite en se référant aux fi- gures 2 et 3. La pièce d'échappement désignée de ma- nière générale par le repère 10 réalisée sous forme tubulaire droite peut être déformée par la suite, par cintrages successifs comme représenté sur la figure 2, pour s'accomoder à toute forme de passage sous la caisse du véhicule. Cette pièce 10 comporte une enve- loppe tubulaire 11 et une cloison de séparation diamé- 262 4 912 traie 12 constituée par une plaque plane rectangulaire allongée soudée suivant ses bords latéraux, le long de deux génératrices de l'enveloppe 11 suivant lesquelles l'enveloppe 11 constituée de deux demi-coquilles semi- cylindriques est elle-même assemblée. La paroi de sé- paration 12 délimite deux conduits 13a et 13b à sec- tion semi-circulaire à l'intérieur de l'enveloppe 11. Comme il est visible sur la figure 4, pen- dant le fonctionnement du dispositif d' échappement, la paroi de séparation 12 entre en vibration à cause des pressions différentes régnant dans les conduits 13a et 13b et se déforme par flexion, comme représenté en 12'. La cloison 12 ou âme entraîne l'enveloppe tubu- laire 11 en vibration, cette enveloppe 11 subissant des déformations telles que représentées en 11'. Il en résulte une émission d'ondes acoustiques 14 se tradui- sant par un haut niveau de bruit. Sur la figure 5, on a représenté, en coupe transversale, une pièce tubulaire 20 à deux conduits 23a. 23b. Cette pièce tubulaire 20 comporte une enve- loppe 21 constituée par deux demi-coquilles semi-cy- lindriques 21a, 21b juxtaposées et soudées suivant deux génératrices de l'enveloppe 21. La cloison de séparation 22 entre les' conduits 23a et 23b est constituée par deux plaques planes rectangulaires superposées 22a et 22b. Les deux plaques 22a et 22b ont une longueur correspondant à la longueur de l'enveloppe tubulaire 21 et sont soudées, suivant leurs bords latéraux juxtaposés, le long des génératrices de raccordement des demi-coquilles 21a et 21b. On a représenté en 24 la disposition des plaques 22a, 22b et des coquilles 21a et 21b avant soudure. Les bords latéraux mis en concordance des plaques 22a et 22b sont pincés entre les deux bords de raccorde- ment des demi-coquilles 21a et 21b et la soudure est effectuée, sans métal d'apport, par fusion des bords en concordance. Il est à remarquer que le soudage des deux plaques 22a, 22b parfaitement juxtaposées sur les demi-coquilles 21a, 21b est une opération qui ne pré- sente pas plus de difficultés que le soudage d'une seule plaque de séparation telle que la plaque 12 re- présentée sur la figure 3. On a représenté également sur la figure 5 le joint de soudure 26 réalisé suivant une génératrice de l'enveloppe 21 et assurant à la fois la jonction des deux demi-coquilles 21a, 21b, des deux plaques 22a et 22b et de la cloison 22 sur l'enveloppe 21. Il est bien évident qu'un joint soudé identique au joint 26 est réalisé pour l'assemblage dans la zone 24. La cloison de séparation 22 est donc consti- tuée de deux plaques superposées reliées uniquement suivant leurs bords latéraux. Lorsque l'échappement est en fonctionnement, la cloison 22 est soumise à une force de flexion al- ternative F due à la différence de pression dans les conduits 23a et 23b, comme représenté sur la figure 6b. La cloison 22 est mise en vibration et se déforme pour passer de la forme plane représentée sur la figu- re 6a à une forme fléchie comme représenté sur la fi- gure 6b, de manière alternative et dans les deux sens. Au cours de leur flexion, les plaques 22a et 22b subissent un glissementreltif dans le plan de contact 28. Ce glissement est possible puisque les pla- ques 22a et 22b ne sont rendues solidaires que par leurs bords latéraux. Ce glissement relatif s'accompa- gne d'un frottement qui entraîne un amortissement des 26 2 4 9 1 2 vibrations de la cloison de séparation 22 et donc de l'enveloppe 21. On obtient donc ainsi une diminution sensi- ble de l'émission acoustique et des bruits produits par la pièce d'échappement en fonctionnement. On pourra remarquer que le frottement des plaques l'une sur l'autre n'est pas le seul phénomène permettant un amortissement des vibrations. Un certain amortissement peut être produit par des déformations microplastiques dans les zones de contact entre les plaques et en particulier autour des joints de soudu- re. Cet amortssement peut être accru par la présence de points de soudure, par exemple disposés à interval- les réguliers et joignant localement les plaques 22a et 22b. On peut également favoriser l'amortissement en introduisant une couche fortement amortissante entre les plaques 22a et 22b avant leur soudage. Tous ces procédés permettent d'augmenter l'absorption d'é- nergie au cours d'un cycle de déformation et donc l'amortssement des vibrations. La pièce d'échappement à deux conduits re- présentés sur la figure 5 peut être réalisée sans qu'il soit nécessaire d'assembler de manière préalable les plaques 22a et 22b constituant la cloison 22. Sur les figures 7 et 8, on a représenté une pièce d'échappement 30 à deux conduits 33a, 33b, sui- vant un second mode de réalisation de l'invention. La pièce d'échappement 30 comporte une enveloppe 21 cons- tituée par deux demi-coquilles semi-cylindriques 31a, 31b assemblées par soudure et une cloison de sépara- tion 32 constituée de plusieurs plaques juxtaposées et pré-assemblées avant le soudage de la cloison 32 sur l'enveloppe tubulaire 31. La cloison 32 est constituée par une plaque centrale 34 de part et d'autre de laquelle sont rap- portées deux plaques 35 pré-assemblées à la plaque 34 par des points de soudure électrique 36 disposés à in- tervalles réguliers sur les plaques 35. La plaque cen- trale 34 a une largeur supérieure à la largeur des plaques 35 et correspondant sensiblement au diamètre extérieur de l'enveloppe 31. Lors du pré-assemblage de la cloison 32, on ménage, suivant chacun des bords latéraux de la plaque centrale 34, deux zones non recouvertes par les pla- ques 35, suivant lesquelles on réalisera l'assemblage de la cloison 32 et de l'enveloppe 31. Comme dans le cas d'une pièce d'échappement à simple cloison représentée sur la figure 3, les par- ties latérales de la plaque 34 sont engagées entre les génératrices d'assemblage des demi-coquilles 31a et 31b et des joints de soudure 37, 37' permettent d'as- surer à la fois la jonction des deux demi-coquilles 31a et 31b entre elles et de la cloison 32 avec l'en- veloppe 31. Le fonctionnement du dispositif est similai- re à ce qui a été décrit plus haut, les plaques 35 pouvant subir un léger glissement par rapport à la plaque 34, lors de sa mise en vibration par flexion alternée de la cloison 32. Les plaques 35 et la plaque centrale 34 peu- vent être assemblées de diverses manières pour la réa- lisation préalable de la cloison 32. On peut par exem- ple assurer cet assemblage par soudage à la molette ou tout autre type de soudure ou encore par agrafage, ri- vetage, collage ou tout autre procédé permettant de réaliser des jonction localisées laissant une certaine latitude de déplacement relatif par glissement des plaques assemblées. 2e24912 L'invention présente donc l'avantage d'assu- rer un bon amortissement des vibrations et une diminu- tion importante des émissions acoustiques de la pièce d'échappement en fonctionnement, malgré une réalisa- tion très simple et peu coûteuse. Ces pièces d'échappement peuvent être obte- nues en modifiant très peu le processus de fabrication habituellement utilisé pour les pièces d'échappement à deux conduits à paroi de séparation simple. D'autre part, l'enveloppe tubulaire de la pièce n'est pas modifiée si bien que la résistance mé- canique et l'endurance à la fatigue de la pièce ne sont pas modifiées. Il est bien évident que l'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui a été décrit. Le nombre de plaques superposées pour cons- tituer la cloison peut être quelconque et en particu- lier supérieur à trois, en fonction de l'objectif à atteindre et en particulier en fonction du niveau d'amortissement souhaité. Quel que soit le nombre de plaques consti- tuant la cloison qui peuvent être pré-assemblées ou non, on pourra réaliser en une seule opération de sou- dage, l'assemblage de l'enveloppe et la fixation de la cloison. L'invention s'applique à toute pièce d'é- chappement tubulaire à deux conduits pour un moteur à explosion. REVENDICATIONS 1.- Pièce tubulaire d'échappement à deux conduits (23a, 23b, 33a, 33b) comportant une enveloppe externe (21, 31) tubulaire et une cloison de sépara- tion (22, 32) du volume interne de l'enveloppe (21, 31) en deux conduits continus (23a, 23b, 33a, 33b) disposée suivant la longueur de l'enveloppe (21, 31) et fixée sur l'enveloppe (21, 31) par ses côtés laté- raux, caractérisée par le fait que la cloison (22, 32) est constituée par au moins deux plaques superposées (22a, 22b, 34, 35) assemblées de façon que ces plaques (22a, 22b, 34, 35) gardent une certaine possibilité de glissement relatif suivant leurs surfaces de jonction (28) lors de déformations en flexion. 2.- Pièce d'échappement suivant la revendi- cation 1, dans le cas o l'enveloppe tubulaire (21) est constituée de deux demi-coquilles semi-cylindri- ques (21a, 21b) caractérisée par le fait que la cloi- son de séparation (22) est constituée par au moins deux plaques planes superposées (22a, 22b) dont les bords latéraux mis en cd ncidence sont assemblés entre eux et aux deux demi-coquilles, suivant deux généra- trices de jonction des demi-coquilles (21a, 21b), cha- cun par un seul joint de soudure (26) disposé suivant chacune des génératrices de jonction. 3.- Pièce d'échappement suivant la revendi- cation 2, caractérisée par le fait que les plaques (22a, 22b) comportent des zones de jonction entre elles différentes des joints de soudure (26). 4.- Pièce d'échappement suivant la revendi- cation 2, caractérisée par le fait qu'une couche de matière amortissante est intercalée entre les plaques (22a, 22b). 5.- Pièce d'échappement suivant la revendi- cation 1, caractérisée par le fait que la cloison (32) est constituée par une plaque centrale (34) sur chacu- ne des faces de laquelle est fixée une plaque (35) par des zones de jonction espacées (36), les plaques (35) ayant une largeur inférieure à la plaque (34) qui com- porte deux rebords latéraux non recouverts par les plaques (35), suivant lesquels la plaque (34) est as- semblée i l'enveloppe (31). 6.- Pièce d'échappement suivant la revendi- cation 5, caractérisée par le fait que la jonction entre les plaques (35) et la plaque (34) est réalisée par li'un des procédés suivants: soudure par points, soudage à la molette, agrafage, rivetage, collage. 7.- Procédé de fabrication d'une pièce d'é- chappement selon la revendication 1, caractérisé par le fait: - qu'on élabore deux demi-coquilles semi-cylindriques (21a, 21b) en tôle métallique, - qu'on élabore deux plaques planes en t6le métallique (22a. 22b) ayant pour longueur la longueur des demi- coquilles (21a, 21b) et pour largeur le diamètre exté- rieur des coquilles (21a, 21b), - et qu on assemble par soudage les deux demi-coquil- les (21a, 21b) juxtaposées suivant deux génératrices et les deux plaques (22a, 22b) superposées, par souda- ge des bords latéraux des plaques (22a, 22b) et des génératrices d'assemblage des coquilles (21a, 21b) en une seule opération. 8.- Procédé de fabrication d'une pièce d'é- chappement suivant la revendication 1, caractérisé par le fait - qu'on élabore deux demi-coquilles semi-cylindriques en tôle métallique (31a, 31b), - qu'on élabore une cloison (32) ayant pour longueur la longueur des demi-coquilles (31a, 31b) et pour largeur le diamètre extérieur des demi-coquilles (31a, 31b), par superposition et pré-assemblage d'une plaque centrale (34) et de plaques (35) fixées sur chacune des faces de la plaque (34) ayant une largeur infé- rieure à la largeur de la plaque (34), - et qu'on assemble par soudage les deux demi-coquil- les semi-cylindriques suivant deux génératrices de jonction et la plaque (34) suivant ses bords latéraux non recouverts par les plaques (35), en une seule opé- ration de soudage.