Brevet FR2767863A1 — publié le 19990305

L'invention concerne un tuyau d'échappement pour une installation d'échappement, qui comporte un catalyseur, d'un moteur à combustion interne, du type connu par exemple d'après la demande de brevet allemand DE 40 39 735 A. D'après la demande de brevet allemand DE 40 39 735 Ai, on connaît une conduite d'échappement coudée, dont la paroi est formée, en coupe transversale, de trois couches. L'avantage de cette conduite d'échappement coudée doit être vu notamment dans le fait que le temps de réponse du catalyseur situé en aval est réduit et que l'émission globale de substances nocives est réduite. La conduite d'échappement coudée comporte un tube métallique disposé sur le côté extérieur et qui est réalisé notamment en acier inoxydable. Sur le côté intérieur, la paroi comporte une couche d'isolation, qui est reliée au tube selon une liaison de force. La couche d'isolation est formée pour sa part d'une feuille et d'une couche isolante qui recouvre la feuille et réalise une isolation thermique. La feuille est en contact direct avec les gaz d'échappement, tandis que la couche isolante forme une couche intercalaire entre le tube extérieur et la feuille intérieure de la conduite d'échappement coudée. La feuille est réalisée en un matériau résistant à la chaleur et à la calamine et possède une épaisseur inférieure à 0,5 mm et notamment égale à 0,2 mm. La couche isolante est constituée par un matériau d'isolation thermique qui est très résistant et ne contient pas d'amiante, comme par exemple une fibre céramique formée de SiO2 et possède une épaisseur comprise entre 2 et 4 mm. L'épaisseur de la couche d'isolation formée par la couche isolante et la feuille est également comprise entre 2,2 mm et 4,5 mm. La liaison de force entre la couche d'isolation et le tube est réalisée le long de zones soudées individuelles ponctuelles et/ou linéaires entre la feuille et le tube, de sorte que, dans le cas idéal, la couche isolante est serrée entre la feuille, le tube et les différentes liaisons soudées ponctuelles et/ou linéaires. Pour l'habillage du tube, on met tout d'abord la couche d'isolation sous la forme d'un corps creux tubulaire flexible et on replie cette couche au moins une fois dans la direction longitudinale, les dimensions du corps creux correspondant à celles qu'il possède ultérieurement dans la conduite d'échappement coudée. On introduit le corps creux replié dans le tube extérieur et on l'applique, au moyen d'un élargissement mécanique et/ou hydraulique, contre la paroi intérieure du tube extérieur, sans formation de plis. La fabrication de la conduite d'échappement coudée déjà connue présente par conséquent plusieurs étapes opératoires successives et de ce fait demande beaucoup de temps et est compliquée et coûteuse. D'autre part, la section transversale de passage libre dans le tube extérieur est réduite d'au moins 4,4 mm, ce qui a pour effet que le diamètre extérieur du tube extérieur doit avoir une taille correspondante, ce qui implique un poids accru, une consommation accrue de matière et un besoin d'espace plus important. Ceci a également un effet négatif sur les coûts de fabrication. D'après le document allemand DE-OS 24 48 482 on connaît une conduite de collecte pour les gaz d'échappement comportant plusieurs tubulures aboutissant aux cylindres d'un moteur à combustion interne. La conduite de collecte et les tubulures sont pourvues, sur leur face intérieure, d'une couche isolante qui est constituée par plusieurs parties séparées préfabriquées ayant une forme adaptée. On introduit les parties individuelles dans la conduite de collecte et dans les tubulures, les parties individuelles disposées dans les tubulures s'engageant dans des évidements ayant une forme adaptée, et qui s'engagent dans les parties individuelles de la conduite de collecte et fixent ces parties individuelles de la conduite de collecte. De même dans ce cas, la fabrication de ce tuyau d'échappement constitué par la conduite de collecte implique un besoin d'espace important et est compliqué et coûteuse. D'après US 4 526 824, on connait un canal d'échappement disposé dans la culasse et qui forme le conduit d'échappement et dont la paroi intérieure comporte, par endroits, une douille d'insertion réalisant une isolation thermique. La douille d'insertion possède une couche isolante qui est tournée vers la culasse et se compose de fibres, et un corps fritté tourné vers les gaz d'échappement est formé de titanate d'aluminium qui est résistant à la chaleur et à la calamine. Pour fabriquer le canal d'échappement, c'est-à-dire le conduit d'échappement, on introduit dans une position définie et dans une largeur mesure fixe, la douille préfabriquée avant la coulée de la culasse, dans le moule de coulée de cette dernière et on y coule la culasse. Etant donné que le maintien en position fixe dans le moule de coulée implique des tolérances en partie élevées, il faut au moins contrôler le canal d'échappement après la coulée et lui appliquer en général toujours un usinage complémentaire. En particulier pour ces raisons, ce type de fabrication est également difficile et coûteux. D'après le document EP 27 009 on connaît un pot d'échappement, qui, pour l'amortissement acoustique, comporte sur sa face intérieure, et ce au moins par endroits, une couche d'émail. En outre, d'après ce document on connaît différents procédés pour déposer la couche d'émail et dans ce document, on part également d'agencements corporels différents de la surface du pot ou une meilleure adhérence de la couche d'émail. L'invention a pour but de perfectionner le tuyau d'échappement considéré au départ de manière que, pour une réduction comparable de l'émission totale de substances nocives, la fabrication du tuyau d'échappement soit simplifiée et aussi bon marché que possible. En outre il faut notamment mentionner ce qu'on appelle une isolation à fente d'air, dans laquelle la conduite d'échappement coudée est formée d'un tuyau intérieur et d'un tube extérieur, qui sont disposés concentriquement l'un à l'autre et sont séparés l'un de l'autre, d'une manière réalisant une isolation thermique, par une fente d'air. Cette solution est également très compliquée et coûteuse. Le problème à la base de l'invention est résolu à l'aide d'un tuyau d'échappement est disposé en amont du catalyseur lorsqu'on regarde dans la direction de circulation des gaz d'échappement, notamment à proximité du moteur, et comporte une couche de conduction thermique disposée sur le côté extérieur et réalisée de préférence en un matériau métallique ainsi qu'une couche isolante disposée sur le côté intérieur et réalisée en un matériau d'isolation thermique, l'épaisseur de la couche isolante étant inférieure à 4 mm, caractérisé en ce que la couche isolante et la couche de conduction thermique sont reliées entre elles directement et selon une liaison de force, que la couche isolante est disposée sur la face intérieure du tuyau d'échappement, que l'épaisseur de la couche isolante est inférieure à 2 mm, que la capacité calorifique spécifique C de la couche isolante est inférieure à 106 J(m3h) et que la diffusibilité thermique K de la couche isolante est inférieure à 0,01 cm2/s. En dépit de la couche isolante très mince, qui peut être montée intérieurement d'une manière simple et à bon marche, le tuyau d'échappement est, de façon étonnante, suffisamment isolé du point de vue thermique. Etant donné qu'en outre l'épaisseur de la couche isolante est faible, la section transversale d'écoulement s'en trouve également à peine affectée, ce qui est avantageux. Selon une autre caractéristique de l'invention, la couche isolante est en contact direct avec les gaz d'échappement. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'épaisseur de la couche isolante est supérieure à 100 Mm. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'épaisseur de la couche isolante est inférieure à 1 mm et est inférieure de préférence à 500 Mm et notamment est inférieure de préférence à 300 Mm. Selon une autre caractéristique de l'invention, la couche isolante comporte plusieurs zones minces, au niveau desquelles l'épaisseur de la couche est réduite d'au moins % et de préférence d'au moins de 50 % et notamment de préférence d'au moins 90 %. Selon une autre caractéristique de l'invention, la couche isolante est formée de plusieurs îlots de matière séparés spatialement les uns des autres. Selon une autre caractéristique de l'invention, la couche isolante est de l'émail et/ou une céramique et/ou de l'alumine formée par voie électrolytique. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente une coupe d'une tête d'échappement coudée d'un tuyau d'échappement; et - la figure 2 représente un diagramme de variation de la température des gaz d'échappement en fonction du temps. Sur la figure 1, on a représenté une conduite d'échappement 1 coudée en forme de S d'un tuyau d'échappement pour une installation d'échappement, comportant un catalyseur, d'un moteur à combustion interne, notamment pour un moteur de véhicule automobile. Bien que, dans cet exemple de réalisation, on ne parle que de la conduite d'échappement coudée 1 du tuyau d'échappement, l'invention peut être appliquée à toutes les parties, situées en amont du catalyseur, du tuyau d'échappement, à savoir - en commençant à partir de la culasse - le canal d'échappement, la tubulure du collecteur qui est située en aval du canal d'échappement, le collecteur lui-même et la conduite d'échappement coudée 1. La conduite d'échappement coudée 1 est disposée à proximité du moteur en amont du catalyseur, lorsqu'on regarde dans la direction de circulation des gaz d'échappement. Elle possède un tube extérieur, qui est réalisé à la manière d'une couche de conduction thermique 3 formée d'un matériau métallique, le matériau étant de préférence, au moins dans une large mesure, résistant à la rouille. La paroi intérieure du tube est recouverte par une couche isolante 2 formée de préférence d'un émail et/ou d'une céramique et/ou d'alumine déposée par voie électrolytique (procédé Eloxal). La capacité calorifique spécifique C de la couche isolante 2 est inférieure à 106 J/(m3h), sa diffusivité thermique K est inférieure à 0,01 cm2/s, et son épaisseur de couche est comprise entre environ 2 et 0,1 mm. La couche isolante 2 et le métal de la couche de conduction thermique 3 sont reliés entre eux directement et selon une liaison de force, la surface intérieure de la couche isolante 2 étant en contact direct avec les gaz d'échappement. Afin que la contrainte due aux coefficients de dilatation thermique différents entre la couche de conduction thermique 3 et la couche isolante 2 soit réduite, la couche isolante 2 est appliquée de préférence avec une épaisseur de couche comprise entre 100 Mm et 500 Mm. En outre il est approprié de réaliser la couche isolante 2 avec plusieurs zones minces, au niveau desquelles l'épaisseur de la couche est réduite d'au moins % et de préférence d'au moins 50 % et de façon particulièrement préférée d'au moins 90 %. Dans une forme de réalisation particulière, la couche isolante 2 est formée de plusieurs ilots de matière 8 séparés les uns des autres spatialement et qui pour leur part peuvent également comporter les zones minces indiquées précédemment. Grâce à ces dispositions, on peut réaliser, avec un matériau fragile tel que l'émail, une couche ayant les caractéristiques se rapprochant globalement de celles d'une couche formée d'un matériau élastique. Sur la figure 2, on a représenté un diagramme de variation de la température et des gaz d'échappement dans un tuyau d'échappement en fonction du temps, en choisissant to = 0 comme instant de démarrage du moteur. Les différentes courbes 4 à 7 du diagramme de la figure 2 représente ce qui suit de façon plus détaillée: Courbe 4: la température des gaz d'échappement à la sortie des cylindres, c'est-à-dire avant leur entrée dans la conduite d'échappement coudée; Courbe 5: la température des gaz d'échappement à l'entrée du catalyseur, c'est-à-dire en aval de la conduite d'échappement coudée 1, la conduite d'échappement coudée 1 étant recouverte intérieurement d'une couche isolante 2 en émail, dont l'épaisseur est égale à 0,5 mm (500 Um) et dont la diffusivité thermique K est égale à 0,007 cm2/s; Courbe 6: la température des gaz d'échappement à l'entrée du catalyseur, c'est-à- dire en aval de la conduite d'échappement coudée 1, la conduite d'échappement coudée 1 possédant une isolation constituée d'une fente d'air; et Courbe 7: la température des gaz d'échappement à l'entrée du catalyseur pour une conduite d'échappement coudée normale 1, sans la couche isolante 2. Comme cela est visible sur le diagramme de la figure 2, la température des gaz d'échappement au niveau du catalyseur est maximale, avec la couche isolante mince 2. De ce fait le catalyseur s'échauffe très rapidement à sa température de fonctionnement, ce qui a pour effet de réduire l'émission de substances nocives pendant la phase de démarrage et par conséquent également les émissions totales. On peut trouver des indications concernant le dépôt d'une couche d'émail ainsi que le traitement de la base pour cette couche dans le cas d'un dépôt d'émail, par exemple dans le document EP 27 809. D'autre part, pour le dépôt de la couche isolante 2, notamment de la couche d'émail, on peut imaginer d'utiliser notamment également un procédé de dépôt CVD plasmatique. REVENDICATIONS 1. Tuyau d'échappement pour une installation d'échappement, comportant un catalyseur, d'un moteur à combustion interne, notamment pour un moteur d'un véhicule automobile, lequel tuyau d'échappement est disposé en amont du catalyseur lorsqu'on regarde dans la direction de circulation des gaz d'échappement, notamment à proximité du moteur, et comporte une couche de conduction thermique disposée sur le côté extérieur et réalisée de préférence en un matériau métallique ainsi qu'une couche isolante disposée sur le côté intérieur et réalisée en un matériau d'isolation thermique, l'épaisseur de la couche isolante étant inférieure à 4 mm, caractérisé en ce que la couche isolante (2) et la couche de conduction thermique (3) sont reliées entre elles directement et selon une liaison de force, que la couche isolante (2) est disposée sur la face intérieure du tuyau d'échappement, que l'épaisseur de la couche isolante (2) est inférieure à 2 mm, que la capacité calorifique spécifique C de la couche isolante (2) est inférieure à 106 J(m3h) et que la diffusivité thermique K de la couche isolante (2) est inférieure à 0,01 cm2/s. 2. Tuyau d'échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche isolante (2) est en contact direct avec les gaz d'échappement. 3. Tuyau d'échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche isolante (2) est supérieure à 100 Mm. 4. Tuyau d'échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche isolante (2) est inférieure à 1 mm et est inférieure de préférence à 500 pm et notamment est inférieure de préférence à 300 pm. 5. Tuyau d'échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche isolante (2) comporte plusieurs zones minces, au niveau desquelles l'épaisseur de la couche est réduite d'au moins 10 % et de préférence d'au moins de 50 % et notamment de préférence d'au moins %. 6. Tuyau d'échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche isolante (2) est formée de plusieurs îlots de matière (8) séparés spatialement les uns des autres. 7. Tuyau d'échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche isolante (2) est de l'émail et/ou une céramique et/ou de l'alumine formée par voie électrolytique.