Brevet FR2854428A1 — 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, laquelle tubulure présente, suivant sa longueur, un tronçon cintré prolongé, au moins d'un côté, par un tronçon courant présentant une courbure plus petite que ledit tronçon cintré. 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 présentent des formes complexes afin de pouvoir cheminer entre les éléments faisant saillie à la surface inférieure de la caisse du véhicule. 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 u̇vre. En particulier, une réduction du poids de la ligne d'échappement est recherchée. Toutefois, cette réduction de poids est limitée par des contraintes de résistance portant sur 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 réduit la durée de vie des tubulures d'échappement, celles-ci ayant notamment tendance à se corroder et à se percer rapidement. L'invention a pour but de proposer une ligne d'échappement dont le poids est réduit, sans que la résistance à la corrosion de la ligne ne soit sensiblement réduite. A cet effet, l'invention a pour objet une ligne d'échappement d'un moteur thermique du type précité, caractérisée en ce que le tronçon courant est formé d'un premier tube, ayant une première caractéristique structurelle et le tronçon cintré est formé d'un second tube ayant une seconde caractéristique structurelle, lesdites première et seconde caractéristiques structurelles étant différentes. Suivant des modes particuliers de réalisation, la ligne d'échappement comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - le premier tube formant ledit tronçon courant est un tube à paroi mince ayant, avant mise en forme éventuelle, une première épaisseur de paroi, et le second tube formant le tronçon cintré est un tube à paroi épaisse ayant, avant mise en forme, une seconde épaisseur de paroi, ladite seconde épaisseur étant supérieure à ladite première épaisseur. - 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 - le premier tube formant ledit tronçon courant est un tube constitué d'un premier matériau, et le second tube formant le tronçon cintré est un tube constitué d'un second matériau, les premier et second matériaux étant différents. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une ligne d'échappement d'un moteur thermique du type précité, comprenant les étapes consistant en : a) raccorder, dans le prolongement l'un de l'autre, un premier tube ayant une première caractéristique structurelle et un second tube ayant une seconde caractéristique structurelle, lesdites première et seconde caractéristiques structurelles étant différentes ; b) cintrer au moins le second tube pour former ledit tronçon cintré de la tubulure, le second tube ayant après cintrage une courbure supérieure à la courbure du premier tube formant ledit tronçon courant. Suivant des modes particuliers de mise en u̇vre, le procédé comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - le premier tube formant ledit tronçon courant est un tube à paroi mince ayant, avant mise en forme éventuelle, une première épaisseur de paroi, et le second tube formant le tronçon cintré est un tube à paroi épaisse ayant, avant mise en forme, une seconde épaisseur de paroi, ladite seconde épaisseur étant supérieure à ladite première épaisseur ; - le tube à paroi mince et le tube à paroi épaisse sont raccordés l'un à l'autre par soudage bout à bout ; - le tube à paroi mince et le tube à paroi épaisse sont raccordés l'un à l'autre par soudage au laser ;- le premier tube formant ledit tronçon courant est un tube constitué d'un premier matériau et le second tube formant le tronçon cintré est constitué d'un second matériau les premier et second matériaux étant différents. Enfin, elle concerne une utilisation pour augmenter la résistance mécanique d'un tronçon cintré d'une tubulure d'échappement de diamètre sensiblement constant suivant sa longueur, la tubulure comprenant, sur au moins partie de sa longueur, un premier tube ayant une première caractéristique structurelle, d'un second tube ayant une seconde caractéristique structurelle, pour former ledit tronçon cintré, les première et seconde caractéristiques structurelles étant différentes. 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 à plus grande échelle d'un tronçon de tubulure d'échappement de la ligne de la figure 1 ; et - la figure 3 est une vue schématique illustrant une étape du procédé de fabrication de la tubulure de la figure 1. Sur la figure 1 est illustrée l'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 métallique intermédiaire 24. 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. 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, 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 désaxé par rapport aux tronçons 42 et 44. Ce tronçon médian 46 est relié aux tronçons 42, 44 par des tronçons cintrés 48, 50 formant chacun, par exemple, deux coudes successifs et présentant un point d'inflexion. Selon l'invention, les tronçons courants de la tubulure, formés des tronçons rectilignes 26, 34, 42, 44, 46 ou de tronçons avec un léger cintrage de très grand rayon, sont formés d'un tube à paroi mince alors que les tronçons cintrés 48, 50 sont formés, avant déformation, 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. Les tubes à paroi mince sont formés par exemple de tubes en acier inoxydable ferritique, alors que les tubes à paroi épaisse sont formés de manchons en acier austénitique. 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, avant cintrage, 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 à paroi épaisse et mince 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 à paroi épaisse est supérieure à la première épaisseur du tube à paroi mince de 10 à 100 % de cette première épaisseur. Comme illustré sur la figure 2, les tronçons cintrés sont raboutés au bout des tronçons rectilignes, par une soudure périphérique. Le tronçon de tubulure de la figure 2 est fabriqué de la manière suivante. Tel qu'illustré sur la figure 3, les tubes à paroi mince rectilignes 42, 46 sont reliés l'un à l'autre par un tube à paroi épaisse rectiligne noté 148 destiné à former ultérieurement le tronçon cintré 48. Les trois tubes présentent un même diamètre intérieur. Ils sont assemblés bout à bout par soudage au laser tel qu'illustré sur la figure 3. La longueur des tubes 42 et 46 est par exemple égale à 1000 mm, la longueur du tube à paroi épaisse 148 n'étant que de 250 mm. Après soudage, le tube 148 est cintré et déformé, par exemple à l'aide d'une cintreuse mécanique, ou par hydroformage ou hydroflambage. La présence d'un tube à paroi plus épaisse dans la région de la tubulure devant être déformée permet que le cintrage du tube soit effectué sans réduire la résistance mécanique de la tubulure. En revanche, les parties non cintrées de la tubulure 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. En variante, les tronçons cintrés présentent la même épaisseur que les tubes à paroi mince formant les tronçons rectilignes. Toutefois, les tronçons cintrés sont formés avec des tubes constitués d'un matériau différent de celui constituant les tronçons rectilignes. De préférence, le matériau formant les tronçons cintrés est apte à se déformer facilement. Les tronçons cintrés sont par exemple formés en acier austénitique alors que les tronçons rectilignes sont en acier ferritique. REVENDICATIONS 1.- Ligne d'échappement (14) pour moteur thermique (12) comportant : - une tubulure (24) de diamètre sensiblement constant sur toute sa longueur délimitant un conduit de circulation des gaz, laquelle tubulure (24) présente, suivant sa longueur, un tronçon cintré (48, 50) prolongé, au moins d'un côté, par un tronçon courant (42, 46, 44) présentant une courbure plus petite que ledit tronçon cintré (48, 50), caractérisée en ce que le tronçon courant (42, 46, 44) est formé d'un premier tube, ayant une première caractéristique structurelle et le tronçon cintré (48, 50) est formé d'un second tube ayant une seconde caractéristique structurelle, lesdites première et seconde caractéristiques structurelles étant différentes. 2.- Ligne d'échappement selon la revendication 1, caractérisée en ce que le premier tube formant ledit tronçon courant (42, 46, 44) est un tube à paroi mince ayant, avant mise en forme éventuelle, une première épaisseur de paroi, et le second tube formant le tronçon cintré (48, 50) est un tube à paroi épaisse ayant, avant mise en forme, une seconde épaisseur de paroi, ladite seconde épaisseur étant supérieure à ladite première épaisseur. 3.- Ligne d'échappement selon la revendication 2, caractérisée en ce que la différence entre ladite seconde épaisseur et ladite première épaisseur est comprise entre 0,1 mm et 0,5 mm. 4.- Ligne d'échappement selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que le rapport de ladite seconde épaisseur sur ladite première épaisseur est compris entre 1,1 et 2. 5.- Ligne d'échappement selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que ladite seconde épaisseur est comprise entre 0,35 mm et 1,4 mm. 6.- Ligne d'échappement selon l'une quelconque des revendications précédentes 2 à 5, caractérisé en ce que ladite première épaisseur est comprise entre 0,15 mm et 1,2 mm. 7.- Ligne d'échappement selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisée en ce que le tube à paroi épaisse (48, 50) et le tube à paroi mince (42, 46, 44) sont raboutés bout à bout. 8.- Ligne d'échappement selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisée en ce que le diamètre sensiblement constant de la tubulure (24) est compris entre 30 mm et 80 mm. 9.- Ligne d'échappement selon la revendication 1, caractérisée en ce que le premier tube formant ledit tronçon courant (42, 46, 44) est un tube constitué d'un premier matériau, et le second tube formant le tronçon cintré (48, 50) est un tube constitué d'un second matériau, les premier et second matériaux étant différents. 10.- 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 cintré (48, 50) prolongé, au moins d'un côté, par un tronçon courant (42, 46, 44) présentant une courbure plus petite que ledit tronçon cintré (48, 50), comprenant les étapes consistant en : a) raccorder, dans le prolongement l'un de l'autre, un premier tube (42, 46, 44) ayant une première caractéristique structurelle et un second tube (48, 50) ayant une seconde caractéristique structurelle, lesdites première et seconde caractéristiques structurelles étant différentes ; b) cintrer au moins le second tube (48, 50) pour former ledit tronçon cintré de la tubulure, le second tube ayant après cintrage une courbure supérieure à la courbure du premier tube formant ledit tronçon courant. 11.- Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le premier tube formant ledit tronçon courant (42, 46, 44) est un tube à paroi mince ayant, avant mise en forme éventuelle, une première épaisseur de paroi, et le second tube formant le tronçon cintré (48, 50) est un tube à paroi épaisse ayant, avant mise en forme, une seconde épaisseur de paroi, ladite seconde épaisseur étant supérieure à ladite première épaisseur. 12.- Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que le tube à paroi mince (42, 46, 44) et le tube à paroi épaisse (48, 50) 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 (42, 46, 44) et le tube à paroi épaisse (48, 50) sont raccordés l'un à l'autre par soudage au laser. 14.- Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le premier tube formant ledit tronçon courant (42, 46, 44) est un tube constitué d'un premier matériau et le second tube formant le tronçon cintré (48, 50) est constitué d'un second matériau les premier et second matériaux étant différents. 15. Utilisation pour augmenter la résistance mécanique d'un tronçon cintré d'une tubulure d'échappement (24) de diamètre sensiblement constant suivant sa longueur, la tubulure (24) comprenant, sur au moins partie de sa longueur, un premier tube (42, 46, 44) ayant une première caractéristique structurelle, d'un second tube (48, 50) ayant une seconde caractéristique structurelle pour former ledit tronçon cintré, les première et seconde caractéristiques structurelles étant différentes et les premier et second tubes (42, 46, 44, 48, 50) étant reliés bout à bout.