Brevet FR2854430A1 — publié le 20041105

La présente invention concerne une ligne d'échappement pour moteur thermique, du type comportant une tubulure de diamètre sensiblement constant sur toute sa longueur délimitant un conduit de circulation des gaz, qui présente, suivant sa longueur, un tronçon doté d'un équipement auxiliaire prolongé, au moins d'un côté, par un tronçon courant. Les lignes d'échappement comprennent des tubulures constituant des conduites de canalisation des gaz d'échappement. Ces tubulures relient des volumes d'échappement les uns aux autres. Dans les véhicules modernes, les tubulures de la ligne d'échappement sont solidarisées à de nombreux équipements auxiliaires tels que des buses de connexion de capteurs, des pattes de fixation et des volumes d'échappement. Les constructeurs automobiles cherchent à alléger chacun des éléments du véhicule pour réduire la consommation de carburant et pour réduire le coût du véhicule, en limitant la matière mise en oeuvre. En particulier, une réduction du poids de la ligne d'échappement est recherchée. Toutefois, cette réduction de poids est limitée par des contraintes d'assemblage de la ligne d'échappement. Cette réduction du poids peut se faire par diminution des épaisseurs de paroi des éléments constituant la ligne d'échappement. Toutefois, l'utilisation de parois minces rend très difficile voire impossible la fixation d'équipement auxiliaire sur les tubulures notamment par soudage. L'invention a pour but de proposer une ligne d'échappement dont le poids est réduit, tout en permettant la mise en place d'équipements auxiliaires. A cet effet, l'invention a pour objet une ligne d'échappement d'un moteur thermique du type précité, caractérisée en ce que ledit tronçon courant est formé d'un tube à paroi mince ayant, avant mise en forme éventuelle, une première épaisseur de paroi, et le tronçon doté d'un équipement auxiliaire est formé d'un tube à paroi épaisse ayant, avant mise en forme éventuelle, une seconde épaisseur de paroi, ladite seconde épaisseur étant supérieure à ladite première épaisseur. Suivant des modes particuliers de réalisation, la ligne d'échappement comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - la différence entre ladite seconde épaisseur et ladite première épaisseur est comprise entre 0,1 mm et 0,5 mm ; - le rapport de ladite seconde épaisseur sur ladite première épaisseur est compris entre 1,1 et 2 ; - ladite seconde épaisseur est comprise entre 0,35 mm et 1,4 mm ; - ladite première épaisseur est comprise entre 0,15 mm et 1,2 mm ; - le tube à paroi épaisse et le tube à paroi mince sont raboutés bout à bout ; - le diamètre sensiblement constant de la tubulure est compris entre 30 mm et 80 mm et - ledit équipement auxiliaire est une patte de fixation rapportée sur ledit tube à paroi épaisse ; et - ledit équipement auxiliaire est un piquage ménagé au travers du tube à paroi épaisse. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une ligne d'échappement pour moteur thermique comportant une tubulure délimitant un conduit de circulation des gaz, laquelle tubulure présente, suivant sa longueur, un tronçon doté d'un équipement auxiliaire prolongé, au moins d'un côté, par un tronçon courant, comprenant les étapes consistant en : a) raccorder dans le prolongement l'un de l'autre un tube à paroi mince ayant une première épaisseur et un tube à paroi épaisse ayant une seconde épaisseur, ladite seconde épaisseur étant supérieure à ladite première épaisseur ; b) souder l'équipement auxiliaire au tube à paroi épaisse pour former ledit tronçon doté d'un équipement auxiliaire de la tubulure. Suivant des modes particuliers de mise en oeuvre, le procédé comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - le tube à paroi mince et le tube à paroi épaisse sont raccordés l'un à l'autre par soudage bout à bout ; et - le tube à paroi mince et le tube à paroi épaisse sont raccordés l'un à l'autre par soudage au laser. Enfin, elle concerne l'utilisation pour faciliter le soudage d'un équipement auxiliaire sur une tubulure d'échappement de diamètre sensiblement constant suivant sa longueur, la tubulure comprenant sur au moins partie de sa longueur, un tube à paroi ayant une première épaisseur de paroi, d'un tube à paroi épaisse ayant une seconde épaisseur pour former le tronçon de la tubulure où est soudé ledit équipement auxiliaire, ladite seconde épaisseur étant supérieure à ladite première épaisseur. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins, sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en élévation d'une ligne d'échappement selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale à plus grande échelle d'un tronçon de tubulure d'échappement de la ligne de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en coupe du tronçon de la figure 2 prise suivant la ligne III. - les figures 4 et 5 sont des vues en coupe longitudinale à plus grande échelle de deux autres tronçons de tubulure d'échappement de la figure 1 repérés respectivement par les cerclages notés IV et V. Sur la figure 1 est illustrée une installation de propulsion 10 d'un véhicule automobile. Cette installation comporte un moteur thermique 12 tel qu'un moteur Diesel, ou un moteur à essence, et une ligne d'échappement 14 selon l'invention. La ligne d'échappement 14 comporte une extrémité 16 de connexion au moteur 12 et une extrémité 18 de libération des gaz d'échappement dans l'atmosphère. Entre ces deux extrémités, elle comporte deux volumes d'échappement 20, 22 reliés entre eux par une tubulure intermédiaire 24 équipée dans sa partie médiane d'une patte 24A de fixation à la structure du véhicule. Le volume 20 est par exemple un dispositif de traitement des gaz d'échappement. Il comporte par exemple un organe de purification catalytique et un filtre à particules. Le volume 22 constitue par exemple un silencieux d'échappement présentant intérieurement plusieurs chambres reliées entre elles par des chicanes afin d'assurer une réduction des nuisances acoustiques provoquées par la libération des gaz d'échappement dans l'atmosphère et leur circulation dans la ligne. Le volume 20 est relié à l'entrée de la ligne 16 par une tubulure d'entrée rectiligne 26 reliée à un collecteur d'admission 28 par une bride 30. La sortie d'échappement 18 est formée à l'extrémité d'une tubulure rectiligne de sortie 32. Les tubulures d'entrée 26 et de sortie 32 sont chacune équipées d'un piquage noté respectivement 26A et 32A. Chaque piquage est destiné à recevoir une sonde de température vissée. Le piquage est constitué d'une buse filetée intérieurement soudée à la surface de la tubulure au droit d'un trou débouchant dans la tubulure. La tubulure intermédiaire 24 présente, entre les volumes 20 et 22, une succession de tubes d'épaisseurs de paroi différentes. Les diamètres des tubes formant la tubulure 24 de la ligne d'échappement sont tous identiques et sont compris entre 30 mm et 80 mm. Plus précisément et comme illustré sur les figures 2 et 3, la tubulure 24 comporte, à ses extrémités de liaison aux volumes 20 et 22, deux tronçons rectilignes 42, 44. Entre ces deux tronçons rectilignes 42, 44, la tubulure 24 présente un tronçon rectiligne médian 46 coaxial aux tronçons 42 et 44. La patte de fixation 24A est soudée au tronçon médian 46. Selon l'invention, les tronçons courants de la tubulure 24, formés des tronçons rectilignes 42, 44 qui sont dépourvus d'équipement, sont formés d'un tube à paroi mince alors que le tronçon médian équipé de la patte 24A est formé d'un tube à paroi épaisse. Le tube à paroi mince, avant déformation éventuelle, a une épaisseur de paroi inférieure à celle du tube à paroi épaisse avant déformation éventuelle. Les tubes à paroi mince comme les tubes à paroi épaisse sont formés par exemple de tubes en acier inoxydable ferritique. Les tubes à paroi mince présentent une première épaisseur de paroi comprise entre 0,15 mm et 1,2 mm. Cette épaisseur est avantageusement comprise entre 0,6 mm et 1 mm. Au contraire, les tubes à paroi épaisse, présentent une seconde épaisseur de paroi supérieure comprise entre 0,35 mm et 1,4 mm. De préférence, cette seconde épaisseur est comprise entre 0,8 mm et 1,2 mm. Selon un mode de réalisation préféré, la différence entre la seconde épaisseur de paroi et la première épaisseur de paroi respectivement des tubes épais et minces est comprise entre 0,1 mm et 0,5 mm. Avantageusement, le rapport de la seconde épaisseur à la première épaisseur est compris entre 1,1 et 2, de sorte que la seconde épaisseur des tubes épais est supérieure à la première épaisseur du tube mince de 10 à 100 % de cette première épaisseur. Le tronçon de tubulure de la figure 2 est fabriqué de la manière suivante. Tel qu'illustré sur la figure 2, les tubes à paroi mince rectilignes 42, 44 sont reliés l'un à l'autre par le tube à paroi épaisse rectiligne 46. Les trois tubes présentent un même diamètre intérieur. Ils sont assemblés bout à bout par soudage au laser. La longueur des tubes 42 et 44 est par exemple égale à 1000 mm, la longueur du tube à paroi épaisse 46 n'étant que de 250 mm. Sur la figure 4 est représentée la partie de la tubulure 26 équipée du piquage 26A. La structure de la tubulure 32 équipée du piquage 32A est identique. Sur l'essentiel de sa longueur, la tubulure 26 est formée d'un tube à paroi mince. Ce tube est interrompu dans la région du piquage et un manchon 60 constitué d'un tube à paroi épaisse est interposé entre les deux tubes à paroi mince adjacent notés 62A et 62B. Le manchon 60 et les deux tubes 62A, 62B sont soudés bout à bout. Une douille filetée notée 64 est soudée sur la surface extérieure du manchon à paroi épaisse au droit d'un perçage 66 préalablement établi dans la paroi. La figure 5 illustre le détail de la liaison entre le tube à paroi mince 42 et le volume d'échappement 20. Une liaison analogue est réalisée entre le tube 62B et le volume 20 et entre les tubes 32 et 44 et le volume 22. Le volume d'échappement 20 présente une paroi latérale cylindrique obturée à chaque extrémité par une paroi transversale notée 54 encore appelée coupelle. La paroi d'extrémité présente un orifice 58 de circulation des gaz auquel est connectée la tubulure 24. La paroi transversale 54 présente un collet extérieur 60 bordant l'orifice 58. Ce collet est venu de matière avec la paroi transversale 54 et constitue un étirage canon. L'épaisseur du collet 60 est par exemple comprise entre 0,5 et 1,2 mm. Le volume 20 comporte en outre un tube intérieur 62 de canalisation des gaz dans le volume. Ce tube 62 a son extrémité 64 engagée axialement au travers du collet 60. Le tube 62 présente des passages 66 d'écoulement des gaz dans le volume d'échappement. L'épaisseur de paroi du tube 62 est comprise entre 0,5 et 1,2 mm. Ainsi, la tubulure 24 est emboîtée et reliée à un conduit cylindrique dont l'épaisseur totale de paroi est supérieure à l'épaisseur de la tubulure dans sa partie courante. Cette épaisseur totale de paroi est en pratique comprise entre 1 et 2,4 mm. Comme illustré sur la figure 5, un manchon axial 122 est rapporté à l'extrémité du tube à paroi mince 42, l'épaisseur de paroi du manchon 122 est supérieure à celle du tube à paroi mince 42. Le manchon 122 a une épaisseur de paroi comprise entre 0,35 et 1,4 mm en étant d'une épaisseur de paroi supérieur 42. Le manchon 122 est rabouté à l'extrémité du tube 120, la liaison bout à bout étant réalisée par exemple par un procédé de soudage au laser sans apport de métal, avant que le manchon 122 ne soit inséré dans l'orifice 38. Une soudure 123 est ainsi formée. La liaison entre la tubulure 28 et l'élément de la ligne d'échappement 20 est assurée par un cordon de soudure périphérique 124 formé autour du manchon 122 aux extrémités libres du tube 42 et du collet 40. La liaison entre la tubulure 24 et la périphérie de l'orifice 58 est assurée par un cordon de soudure formé autour du manchon à paroi épaisse. Ce cordon de soudure est obtenu par un procédé de soudage de type MIG (Metal Inert Gas) ou MAG (Metal Active Gas). La présence d'un tube à paroi plus épaisse dans la région de la tubulure devant être soudée à un équipement auxiliaire permet que la soudure soit effectuée avec des moyens classiques. En revanche, les parties de la tubulure non dotées d'équipement auxiliaire étant formées d'un tube à paroi mince, le poids total de la ligne d'échappement est réduit par rapport à une ligne dans laquelle les tubulures sont toutes formées d'un tube de même épaisseur, cette épaisseur étant choisie suffisante pour permettre le cintrage. REVENDICATIONS 1.- Ligne d'échappement (14) pour moteur thermique (12) comportant : - une tubulure (26) de diamètre sensiblement constant sur toute sa longueur délimitant un conduit de circulation des gaz, laquelle tubulure (26) présente, suivant sa longueur, un tronçon (46 ; 60 ; 122) doté d'un équipement auxiliaire (20, 24A, 26A) prolongé, au moins d'un côté, par un tronçon courant (42 ; 62A ; 62B), caractérisée en ce que ledit tronçon courant (42 ; 62A ; 62B) est formé d'un tube à paroi mince ayant, avant mise en forme éventuelle, une première épaisseur de paroi, et le tronçon (46 ; 60 ; 122) doté d'un équipement auxiliaire est formé d'un tube à paroi épaisse ayant, avant mise en forme éventuelle, une seconde épaisseur de paroi, ladite seconde épaisseur étant supérieure à ladite première épaisseur. 2.- Ligne d'échappement selon la revendication 1, caractérisée en ce que la différence entre ladite seconde épaisseur et ladite première épaisseur est comprise entre 0,1 mm et 0,5 mm. 3.- Ligne d'échappement selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le rapport de ladite seconde épaisseur sur ladite première épaisseur est compris entre 1,1 et 2. 4.- Ligne d'échappement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite seconde épaisseur est comprise entre 0,35 mm et 1,4 mm. 5.- Ligne d'échappement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite première épaisseur est comprise entre 0,15 mm et 1,2 mm. 6.- Ligne d'échappement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le tube à paroi épaisse (46, 60, 122) et le tube à paroi mince (42, 62A, 62B) sont raboutés bout à bout. 7.- Ligne d'échappement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le diamètre sensiblement constant de la tubulure (24, 26) est compris entre 30 mm et 80 mm. 8. - Ligne d'échappement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit équipement auxiliaire est une patte de fixation (24A) rapportée sur ledit tube à paroi épaisse. 9.- Ligne d'échappement selon la revendication 8, caractérisée en ce que ledit équipement auxiliaire est un piquage (26A) ménagé au travers du tube à paroi épaisse. 10.- Ligne d'échappement selon la revendication 8, caractérisée en ce que ledit équipement auxiliaire est un volume d'échappement (20) prolongeant le tube à paroi épaisse. 11.- Procédé de fabrication d'une ligne d'échappement pour moteur thermique comportant une tubulure (24) délimitant un conduit de circulation des gaz, laquelle tubulure présente, suivant sa longueur, un tronçon (46, 60, 122) doté d'un équipement auxiliaire (20, 24A, 26A) prolongé, au moins d'un côté, par un tronçon courant (42, 62A, 62B), comprenant les étapes consistant en : a) raccorder dans le prolongement l'un de l'autre un tube à paroi mince (42, 62A, 62B) ayant une première épaisseur et un tube à paroi épaisse (46, 60, 122) ayant une seconde épaisseur, ladite seconde épaisseur étant supérieure à ladite première épaisseur ; b) souder l'équipement auxiliaire (20, 24A, 26A) au tube à paroi épaisse (46, 60, 122) pour former ledit tronçon doté d'un équipement auxiliaire de la tubulure. 12.- Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que le tube à paroi mince (42, 62A, 62B) et le tube à paroi épaisse (46, 60, 122) sont raccordés l'un à l'autre par soudage bout à bout. 13.- Procédé selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que le tube à paroi mince (46, 62A, 62B) et le tube à paroi épaisse (46, 60, 122) sont raccordés l'un à l'autre par soudage au laser. 14.- Utilisation pour faciliter le soudage d'un équipement auxiliaire (20, 24A, 26A) sur une tubulure d'échappement de diamètre sensiblement constant suivant sa longueur, la tubulure comprenant sur au moins partie de sa longueur, un tube à paroi mince (42, 62A, 62B) ayant une première épaisseur de paroi, d'un tube à paroi épaisse (46, 60, 122) ayant une se- conde épaisseur pour former le tronçon de la tubulure où est soudé ledit équipement auxiliaire (20, 24A, 26A), ladite seconde épaisseur étant supérieure à ladite première épaisseur.