Brevet FR2676502A1 — publié le 19921120

La présente invention concerne un joint flexible pou_ un tuyau d'échappement de véhicule automobile et plus particulièrement un joint flexible possédant une nouvelle structure, qui garantit l'obtention d'améliorations de l'effet d'atténuation ou d'isolation vis-à-vis des vibra- tions et de la résistance mécanique (durabilité) du tuyau d'échappement, par exemple. Un tuyau d'échappement d'un véhicule automobile est utilisé pour guider les gaz d'échappement émis par un moteur à combustion interne du véhicule, depuis une unité à moteur, y compris le moteur, jusqu'à l'extrémité arrière du véhicule Le tuyau d'échappement est raccordé, dans sa par- tie d'extrémité avant, au moteur et est suspendu et sup- porté, dans sa partie médiane et dans sa partie arrière, par la carrosserie du véhicule Si le tuyau d'échappement est réalisé sous la forme d'un tube rigide d'un seul te- nant, la masse en vibrations du tuyau tend à être élevée en raison de sa longueur importante, ce qui entraîne une transmission accrue de vibrations du tuyau à la carrosserie du véhicule, ce qui réduit le confort de conduite du véhi- cule Dans ce cas, une contrainte relativement élevée est appliquée à la partie d'extrémité avant du tuyau d'échappement en raison de la concentration de contraintes provoquée par les vibrations ou les oscillations du tuyau, ce qui conduit à une réduction de la résistance mécanique (durabilité) du tuyau d'échappement. Compte tenu de ce qui précède, le tuyau d'échap- pement est subdivisé en une pluralité de sections dans sa direction longitudinale, de sorte que deux sections adja- centes sont raccordées l'une à l'autre par un joint flexible, ce qui réduit la masse en vibrations et la concentration de contraintes. Dans un tuyau d'échappement de véhicule, dont la température s'élève à 5000 C ou plus même au niveau de sa partie d'extrémité arrière, on ne peut plus utiliser des joints flexibles usuels formés d'un matériau élastomère. Habituellement, on utilise avec le tuyau d'échappement des joints flexibles tels qu'un tube métallique en forme de soufflet ou ce qu'on appelle un joint flexible du type joint à billes, qui est formé par soudage sous pression des parties d'extrémité correspondantes des sections du tuyau d'échappement, de sorte qu'on peut couder le tuyau au ni- veau de ses parties soudées. Cependant, les joints flexibles classiques tels que décrits précédemment ont une flexibilité peu satisfai- sante et sont par conséquent incapables de fournir des ca- ractéristiques requises d'isolation vis-à-vis des vibra- tions et une durabilité suffisamment élevée du tuyau d'échappement. En outre, il est apparu récemment certains cas o le tuyau d'échappement doit se dilater et se contracter au niveau de ses parties formant joints, dans sa direction longitudinale, en fonction de la forme de l'installation du moteur, de manière à réduire les vibrations du tuyau Ce- pendant, cette exigence n'a jamais été satisfaite par les joints flexibles connus. C'est pourquoi un but de la présente invention est de fournir un joint flexible pour un tuyau d'échappement, qui possède un degré suffisamment élevé de résistance à la chaleur et présente une excellente flexibi- lité et une excellente capacité de dilatation. Cet objectif peut être atteint conformément aux principes de l'invention, qui fournit un joint flexible pour un tuyau d'échappement de véhicule automobile, carac- térisé en ce qu'il comporte (a) une couche intérieure cy- lindrique constituée par un tissu formé de fibres céra- miques, ladite couche intérieure étant extensible dans sa direction axiale; (b) une couche intermédiaire formée d'un matériau d'isolation thermique, servant à recouvrir une surface extérieure circonférentielle de ladite couche inté- rieure; et (c) une couche intérieure cylindrique disposée radialement à l'extérieur de ladite couche intermédiaire et formée d'un matériau élastique. Dans le joint flexible conforme à l'invention et agencé comme décrit précédemment, la couche intermédiaire formée du matériau d'isolation thermique est prévue sur la surface de la couche intérieure, sous la forme d'un tissu formé de fibres céramiques Par conséquent, le joint flexible peut être pourvu de la couche extérieure formée d'un matériau élastomère tel que du caoutchouc, dont l'utilisation n'était pas possible en raison de sa faible résistance à la chaleur Par conséquent, le présent joint flexible présente une excellente flexibilité et une excel- lente capacité de dilatation axiale, qui n'ont jamais été obtenues dans les joints métalliques connus. L'utilisation du joint flexible ainsi agencé pour le tuyau d'échappement permet de réduire efficacement la masse en vibrations du tuyau d'échappement et de réduire la concentration de contraintes dans le tuyau, ce qui garantit des caractéristiques perfectionnées d'isolation vis-à-vis des vibrations dans le véhicule et une durabilité améliorée du tuyau d'échappement. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront de la description donnée ci- après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 représente une vue en élévation, en coupe transversale axiale, d'un joint flexible pour un tuyau d'échappement, dans une forme de réalisation de la présente invention; et la figure 2 représente une vue en coupe trans- versale prise suivant la ligne 2-2 sur la figure 1. En se référant tout d'abord aux figures 1 et 2, on y voit représenté un joint flexible 10 pour un tuyau d'échappement d'un véhicule automobile, dans une forme de réalisation de la présente invention Ce joint flexible 10 possède dans son ensemble une forme générale cylindrique à paroi épaisse, et son élément de paroi cylindrique est constitué par une couche intérieure 12, une couche intermé- diaire 14 et une couche extérieure 16. La couche intérieure 12 du joint flexible 10 est constituée par un tissu formé de fibres céramiques De f a- çon plus spécifique, les fibres céramiques utilisées pour la couche intérieure 12 peuvent être choisies parmi des fibres polycristallines, des fibres de verre, des fibres composites, des fibres monocristalllines et différentes autres fibres De préférence, on utilise avantageusement des fibres céramiques formées de A 1203-Si O 2-B 203 ou Si C, du point de vue résistance à la chaleur et commodité de mani- pulation par exemple Lorsqu'on utilise les fibres vitrocé- ramique pour la couche intérieure 12, il est nécessaire de choisir le matériau à base de verre des fibres en tenant compte de la température des éléments de joint du tuyau, étant donné que certaines fibres de verre possèdent un point de ramollissement relativement bas. La couche intérieure 12, qui possède une forme cylindrique, est formée par tissage ou tricotage des fibres céramiques comme indiqué précédemment, ou compression d'une masse des fibres, pour former un tissu tel qu'un tissu tissé, un tissu tricoté ou un non-tissé Lors la formation de la couche intérieure 12, on peut former les fibres céra- miques directement sous la forme d'un tissu cylindrique. Sinon, on peut former les fibres céramiques sous la forme d'un tissu en nappe ou plat, que l'on roule ensuite et que l'on coud Le tissu, qui constitue la couche intérieure 12, est adapté pour supporter la couche intermédiaire 14 (qui sera décrite plus loin) et il est par conséquent souhai- table que ce tissu possède une densité élevée de fibres. La couche intérieure 12 est adaptée pour être ex- tensible dans sa direction axiale L'extensibilité axiale de la couche intérieure 12 peut être obtenue moyennant l'utilisation d'un tissu tricoté ou d'un tissu bouclé formé par tricotage des fibres céramiques Sinon, on peut enrou- ler une largeur donnée du tissu tissé ou du non-tissé au- tour du tuyau, selon une disposition hélicoïdale de sorte que la couche intérieure 12 est extensible axialement au niveau de ses parties, o deux ou plusieurs couches du tissu peuvent glisser les unes par rapport aux autres. La couche intermédiaire 14 est disposée radiale- ment à l'extérieur de la couche intérieure 12 ainsi formée, de sorte que la surface circonférentielle extérieure de la couche intérieure 12 est recouverte par la couche intermé- diaire 14 La couche intermédiaire 14 est une couche réali- sant une isolation vis-à-vis de la chaleur et qui est for- mée par un matériau isolant vis-à-vis de la chaleur et pos- sédant une résistance élevée à la chaleur La longueur axiale de la couche intermédiaire 14 est sensiblement égale ou inférieure à celle de la couche intérieure 12. La couche intermédiaire 14 doit en général résis- ter à une chaleur d'au moins 500 'C, étant donné que la couche 14 est exposée à des gaz d'échappement possédant une température très élevée même si sa surface circonféren- tielle intérieure est recouverte par la couche intérieure 12 La résistance requise de la couche 14 à la chaleur va- rie en fonction de l'emplacement du joint flexible 10 par rapport au tuyau d'échappement Le matériau d'isolation thermique de la couche intermédiaire 14 est choisi avanta- geusement parmi différents types de matériaux céramiques tels que A 1203-Si O 2 La couche intermédiaire 14 est suppor- tée, au niveau de sa surface intérieure, par la couche in- térieure 12 et peut par conséquent posséder une forme gra- nuleuse ou une forme fibreuse. L'épaisseur de la couche intermédiaire 14 est dé- terminée compte tenu de la conductibilité thermique du ma- tériau d'isolation thermique utilisé, de l'emplacement du joint flexible 10 par rapport au tuyau d'échappement, c'est-à-dire de la température à laquelle la couche 14 est exposée, et du matériau de la couche extérieure 16, par exemple Par conséquent, on agence la couche intermédiaire 14 de manière qu'elle présente une résistance suffisamment élevée à la chaleur afin que la chaleur des gaz d'échappement n'affecte pas la couche extérieure 16. La couche extérieure 16 est disposée radialement à l'extérieur de la couche intermédiaire 14 Cette couche extérieure 16 est constituée par un manchon en caoutchouc de forme générale cylindrique qui possède une longueur axiale suffisante pour recouvrir l'ensemble de la surface extérieure de la couche intermédiaire 14. Bien que l'invention ne soit pas particulièrement limitée au caoutchouc en tant que matériau pour la couche extérieure 16, il est souhaitable d'utiliser un caoutchouc qui présente une résistance suffisante à la chaleur et aux gaz d'échappement étant donné que la couche extérieure 16 pourrait être exposée à une température très élevée en rai- son de la transmission de chaleur à partir du tuyau d'échappement, ou au gaz d'échappement transmis par la couche intermédiaire 14 De façon plus spécifique, on uti- lise de préférence un caoutchouc tel que du caoutchouc si- licone ou du caoutchouc fluoré pour la couche extérieure 16 Bien que la couche extérieure 16 soit constituée par un manchon de caoutchouc dans la présente forme de réalisa- tion, elle peut être constituée par un manchon formé d'autres hauts polymères possédant une élasticité appro- priée, à titre d'exemple. La couche extérieure 16 est équipée, au niveau de ses parties d'extrémité axialement opposées, d'un couple de gorges circonférentielles 18 Chacune des gorges circonfé- rentielles 18 est adaptée pour recevoir une bague de fixa- tion 20 (qui sera décrite). Le joint flexible 10, qui comporte l'élément de paroi cylindrique qui est formé par la couche intérieure 12, la couche intermédiaire 14 et la couche extérieure 16, peut être fabriqué au moyen de la formation séparée du man- chon de caoutchouc qui forme la couche extérieure 16, de l'isolant thermique, qui constitue la couche intermédiaire 14, et du tissu qui constitue la couche intérieure 12, puis par insertion de l'isolant thermique et du tissu dans un perçage intérieur du manchon Dans une autre forme de réa- lisation, on moule tout d'abord sous la forme d'un manchon du caoutchouc non vulcanisé utilisé pour la couche exté- rieure 16, puis on introduit le matériau adiabatique constituant la couche intermédiaire 14 et le tissu consti- tuant la couche intérieure 12 dans le perçage du manchon en caoutchouc Ensuite, on vulcanise le caoutchouc pour obte- nir de ce fait le joint flexible 10 Dans ce cas, la couche intermédiaire 14 et la couche extérieure 16 peuvent être réunies l'une à l'autre, ce qui garantit une facilité ac- crue de manipulation du joint 10. Pour le montage du joint flexible ainsi agencé 10 sur le tuyau d'échappement, on installe tout d'abord la couche intérieure 12 sur les parties d'extrémité correspon- dantes de deux sections 22, 24 du tuyau d'échappement, puis on les fixe à demeure sur les surfaces extérieures des sec- tions 22, 24 à l'aide des bagues de fixation 20 fixées dans les gorges 18 de la couche extérieure 16, comme représenté sur la figure 1 De cette manière, les deux sections 22, 24 du tuyau d'échappement sont raccordées entre elles par le joint flexible 10 tout en étant maintenues en communication fluidique réciproque. Lors du montage du joint flexible 10, la couche intermédiaire 14 est comprimée radialement vers l'intérieur au niveau de ses parties axialement opposées, conformément aux deux sections 22, 24 du tuyau d'échappement, à l'aide des bagues de fixation 20 fixées à la couche extérieure 16. Avec cet agencement, le gaz d'échappement est empêché effi- cacement par la couche intermédiaire 14. Dans le joint flexible 10 agencé comme décrit précédemment, la couche intérieure 12 est constituée par un tissu formé de fibres céramiques et coopère avec le manchon en caoutchouc constituant la couche extérieure 16 pour en- serrer entre lui-même et cette couche l'isolant thermique, de manière à former la couche intermédiaire 14 sous la forme d'une couche d'isolation thermique Par conséquent, le présent joint flexible 10 permet d'utiliser des maté- riaux à base de caoutchouc, ce qui n'était pas possible en raison de la faible résistance à la chaleur dans les joints flexibles connus. C'est pourquoi, le joint flexible 10 peut aisé- ment présenter un degré très élevé de flexibilité, qui n'a jamais pu être obtenu avec le joint métallique connu C'est pourquoi, le tuyau d'échappement équipé des présents joints flexibles possède une masse vibrante réduite et ne pré- sente aucune concentration de contraintes, ce qui conduit à des améliorations des caractéristiques d'isolation du véhi- cule vis-à-vis de vibrations et de la résistance mécanique (durabilité) du tuyau d'échappement. Dans le joint flexible 10 tel que décrit précé- demment, la couche intérieure 12 réalisée sous la forme d'un tissu formé de fibres céramiques est extensible axia- lement C'est pourquoi, le joint flexible 10 présente un degré suffisamment élevé de flexibilité dans sa direction axiale, en raison de la déformation élastique du manchon en caoutchouc constituant la couche extérieure 16, ce qui ga- rantit en outre des caractéristiques améliorées d'isolation vis-à-vis des vibrations. Le joint flexible 10, qui est formé moyennant l'utilisation des fibres céramiques, de l'isolant thermique et de l'élément en caoutchouc élastique, présente un degré très élevé de résistance à la fatigue (durabilité) vis-à- vis d'une déformation répétitive provoquée par exemple par des fibrations d'entrée C'est pourquoi le présent joint flexible 10 présente une durabilité très supérieure à celle de joints métalliques classiques. En outre, l'épaisseur de l'isolant thermique (la couche intermédiaire 14) peut être modifiée ou réglée en fonction de l'emplacement du joint flexible 10 par rapport au tuyau d'échappement ou en fonction de la température de la chaleur transmise du tuyau d'échappement au joint 10. C'est pourquoi le présent joint flexible 10 peut être agencé de façon appropriée en fonction de son emplacement par rapport au tuyau d'échappement. Bien que l'on ait décrit la forme de réalisation préférée de la présente invention, uniquement à titre d'illustration, on comprendra que l'invention n'est pas li- mitée aux détails de la forme de réalisation représentée, mais peut être conçue d'une autre manière. Par exemple, l'épaisseur de chaque couche 12, 14, 16 du joint flexible 10 n'est jamais limitée, mais peut être déterminée de façon appropriée en fonction du matériau de la couche et de l'emplacement du joint 10 par rapport au tuyau d'échappement Lorsque le joint flexible 10 est monté sur la partie du tuyau d'échappement par exemple juste en amont d'un silencieux principal, la couche intérieure 12 peut être formée par tricotage de fibres de A 1203-Si O 2- B 203, sous la forme d'un tissu cylindrique possédant une épaisseur de 1 mm, tandis que la couche extérieure 16 peut être constituée par un manchon formé de caoutchouc silicone et possédant une épaisseur de paroi de 7 mm Dans ce cas, la couche intermédiaire 14 peut être constituée par un iso- lant thermique formé de courtes fibres de A 1203-Si O 2 et possédant une épaisseur de 12,5 mm, pour fournir un degré suffisamment élevé d'isolation thermique. Dans la forme de réalisation représentée, la couche intermédiaire 14 est exposée à l'extérieur sur des faces d'extrémité axialement opposées du joint flexible 10. Cependant, les faces d'extrémité axiales du joint 10 peu- vent être recouvertes par exemple par des fibres céra- miques, de manière à empêcher que la couche intermédiaire d'isolation thermique 14 ne se dégage par glissement du joint 10.5 On comprendra également que la présente invention peut être mise en oeuvre avec d'autres changements, modifi- cations et perfectionnements, qui peuvent apparaître aux spécialistes de la technique, sans sortir du cadre de la- dite invention. il REVENDICATIONS 1 Joint flexible pour un tuyau d'échappement d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend: une couche intérieure cylindrique ( 12) constituée par un tissu formé de fibres céramiques, ladite couche intérieure étant extensible dans sa direction axiale; une couche intermédiaire ( 14) formée d'un maté- riau d'isolation thermique, servant à recouvrir une surface extérieure circonférentielle de ladite couche intérieure; et une couche intérieure cylindrique ( 16) disposée radialement à l'extérieur de ladite couche intermédiaire et formée d'un matériau élastique. 2 Joint flexible selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que lesdites fibres céramiques de ladite couche intérieure sont choisies dans le groupe comprenant des fibres polycristallines, des fibres de verre, des fibres composites et des fibres monocristallines. 3 Joint flexible selon la revendication 2, ca- ractérisé en ce que lesdites fibres céramiques sont des fibres de A 1203-Si O 2-B 203- 4 Joint flexible selon la revendication 2, ca- ractérisé en ce que lesdites fibres céramiques sont des fibres de Si C. 5 Joint flexible selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que ladite couche intermédiaire ( 14) ré- siste à une chaleur d'au moins 5000 C. 6 Joint flexible selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que ladite couche intermédiaire ( 14) est formée d'un matériau céramique constitué de A 1203-Si O 2 constituant ledit matériau d'isolation thermique. 7 Joint flexible selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que ledit manchon extérieur ( 16) est formé de caoutchouc silicone ou de caoutchouc fluoré, constituant ledit matériau élastique. 8 Joint flexible selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce qu'il comporte en outre un couple de bagues ( 20) fixées à des parties d'extrémité axialement opposées de ladite couche extérieure, pour réaliser la fixation de ladite couche intermédiaire et de ladite couche intérieure sur le tuyau d'échappement.