Brevet FR2869949A1 — publié le 20051111

La présente invention concerne un conduit de circulation des gaz d'échappement d'un véhicule automobile, du type comportant: - une double enveloppe comportant une paroi intérieure et une paroi extérieure, la paroi intérieure délimitant intérieurement un espace de circulation 5 des gaz d'échappement; - un matériau d'isolation disposé entre lesdites parois intérieure et extérieure. Ce type de conduit est notamment utilisé comme silencieux sur une ligne d'échappement d'un véhicule automobile. io Les conduits du type précité comprennent un matériau d'isolation phonique ou thermique, tel que des fibres de céramique, ou un treillis métallique, disposé entre les parois d'une double enveloppe métallique. La paroi extérieure de la double enveloppe assure le maintien du matériau d'isolation contre la paroi intérieure et protège ce matériau contre 15 d'éventuelles agressions physiques et chimiques. Toutefois, l'utilisation d'une double enveloppe métallique pour former le conduit de circulation des gaz d'échappement conduit à une augmentation de la masse de ce conduit. L'invention a pour but principal de proposer un conduit de circulation des gaz d'échappement d'un véhicule automobile qui permet de réduire les émissions sonores ou thermiques, tout en possédant une masse réduite. A cet effet, l'invention a pour objet un conduit de circulation des gaz d'échappement du type précité, caractérisé en ce que la paroi extérieure comprend au moins un revêtement minéral appliqué sur le matériau d'isolation. Suivant des modes particuliers de réalisation, le conduit de circulation comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - le revêtement minéral comprend un aluminosilicate; - l'aluminosilicate comprend un silicophosphate d'alumine; - l'aluminosilicate comprend entre 40% et 60% en masse d'oxyde de 30 silice, entre 10% et 30% en masse d'oxyde de phosphore et entre 10% et 30% en masse d'oxyde d'aluminium par rapport à la masse totale d'aluminosilicate; - l'aluminosilicate comprend en outre entre 5% et 10% en masse d'oxyde de sodium et/ou d'oxyde de potassium et entre 0,5% et 2% en masse d'oxyde de fer par rapport à la masse totale d'aluminosilicate; - l'aluminosilicate comprend un poly(silice-oxo-aluminate) présentant 5 des motifs de formule générale: Mn [- (SiO2)a - (AIO2) -]n, dans laquelle: n est un entier supérieur à 1; a est un entier compris entre 1 et 30; et M est un cation choisi parmi Na+, K+, Li+, Cal+, Bat+, H3O+ et leurs io mélanges; - le revêtement minéral est susceptible d'être obtenu par un procédé d'application d'une dispersion aqueuse sur le matériau d'isolation, la dispersion aqueuse présentant un extrait sec compris entre 20% et 50% ; - l'épaisseur du revêtement minéral, prise radialement par rapport à un 15 axe longitudinal de la double enveloppe est inférieure à 10 mm; et - le matériau d'isolation est collé sur la paroi intérieure à l'aide d'un adhésif comprenant un aluminosilicate. L'invention a en outre pour objet une ligne d'échappement de véhicule automobile, caractérisée en ce qu'elle comprend un conduit de circulation tel que 20 défini ci-dessus. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un conduit tel que défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: - fixer le matériau d'isolation sur la paroi intérieure; et - enduire une face extérieure du matériau d'isolation à l'aide d'un liant 25 minéral pour former le revêtement minéral. 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 annexés, sur lesquels: - la Figure 1 est une vue schématique de côté d'une ligne 30 d'échappement selon l'invention; et - la Figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un détail de la Figure 1. 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 raccordement au moteur 12 et une extrémité 18 de libération des gaz d'échappement dans l'atmosphère. Entre ces deux extrémités 16 et 18, elle comporte deux volumes d'échappement 20, 22 reliés entre eux par une tubulure intermédiaire 24 équipée io dans sa partie médiane d'une patte 24A de fixation à la structure du véhicule. Le volume 20 est un dispositif de traitement des gaz d'échappement. II comporte par exemple un organe de purification catalytique et un filtre à particules. Le volume 22 constitue 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 26 reliée à un collecteur d'échappement 28 par une bride 30. La sortie d'échappement 18 est formée à l'extrémité d'une tubulure rectiligne de sortie 32. Comme illustré sur la Figure 2, le silencieux 22 comporte une double enveloppe 40, munie d'une paroi intérieure 42 et d'une paroi extérieure 44. Le silencieux 22 comprend en outre une nappe 46 d'isolation disposée entre la paroi intérieure 42 et la paroi extérieure 44 et fixée sur la paroi intérieure 42 à l'aide d'un adhésif minéral 48. La paroi intérieure 42 est constituée par un tube métallique qui présente une surface latérale interne 43A et une surface latérale externe 43B. La paroi 42 délimite intérieurement un espace 50 de circulation des gaz d'échappement. La nappe 46 est formée par exemple de fibres de céramiques entrelacées ou jointes entre elles à l'aide d'un liant minéral ou organique. Plus particulièrement, cette nappe 46 est formée de préférence d'un matériau non intumescent, par exemple de fibres de type Superwool TM de Thermal Ceramics, ou de fibres céramiques longues (FCL) non-intumescentes. La nappe 46 a une épaisseur sensiblement comprise entre 5 et 10 mm. La nappe 46 présente une face latérale extérieure 54, sur laquelle la paroi extérieure 44 est appliquée et une face latérale intérieure 56 fixée sur la paroi intérieure 42 à l'aide de l'adhésif 48. La paroi extérieure 44 est constituée par un revêtement minéral comprenant un aluminosilicate, appliqué sur la nappe 46. io Le revêtement minéral à base d'aluminosilicate maintient la cohésion de la nappe 46, particulièrement si la nappe 46 est constituée de fibres entrelacées dépourvues de liant minéral ou organique, comme décrit plus bas. Par ailleurs, le revêtement minéral est continu et présente une épaisseur, prise suivant un axe perpendiculaire à l'axe longitudinal X-X', inférieure à 10 mm, et de préférence comprise entre 0,1 mm et 5 mm. Le terme aluminosilicate désigne un corps comprenant des oxydes de silice et des oxydes d'aluminium, de préférence liés chimiquement, comme décrit plus bas. De préférence, l'aluminosilicate comprend un silicophosphate d'alumine. Dans l'exemple illustré, le silicophosphate d'alumine comprend entre 40% et 60% en masse d'oxyde de silice, entre 10% et 30% en masse d'oxyde de phosphore, et entre 10% et 30% en masse d'oxyde d'aluminium par rapport à la masse totale d'aluminosilicate dans la couche de revêtement. En outre, le silicophosphate d'alumine comprend entre 5% et 10% en masse d'oxyde de sodium et/ou d'oxyde de potassium et entre 0,5% et 2% en masse d'oxyde de fer par rapport à la masse totale d'aluminosilicate dans la couche de revêtement. De préférence, le revêtement comprend un matériau polymère minéral, du type poly(silice-oxo-aluminate) ou poly(sialate) . Ce type de polymère minéral comprend un réseau formé par des tétraèdres SiO4 et AI04 liés alternativement par des atomes d'oxygène. Ce réseau peut être bidirectionnel ou tridirectionnel. Par ailleurs, l'aluminium est en coordination (IV) dans ce réseau. Des cations choisis parmi les alcalins, les alcalino-terreux ou d'autres cations, sont présents dans les cavités structurales définies par le réseau pour équilibrer la charge négative de l'aluminium en coordination (IV). De préférence, les cations sont choisis dans le groupe constitué par Na', K+, Li+, Cal+, Bat+, H3O + et leurs mélanges. Ainsi, le poly(sialate) présente des motifs de formule générale Mn [(SiO2)a - (AIO2) -]n (1) dans laquelle: io n est un entier supérieur à 1; a est un entier compris entre 1 et 30; M est un cation choisi parmi Na+, K+, Li+, Cal+, Bat+, H3O + et leurs mélanges. De préférence, le rapport molaire entre la silice et l'aluminium dans 15 l'aluminosilicate est supérieur à 3 et compris entre 3 et 6. Ce type de poly(sialate) est par exemple obtenu par un procédé de polymérisation d'un mélange de base comprenant une poudre de silicate et d'aluminosilicate et une solution aqueuse fortement alcaline de silicate soluble. La poudre de silicate et d'aluminosilicate comprend par exemple une poudre d'oxyde d'aluminosilicate de composition comprise entre (2 SiO2, AIO2) et (40 SiO2, AIO2). La solution aqueuse de silicate fortement alcaline présente par exemple un rapport molaire M20/ SiO2 compris entre ou égal à 0,5 et 1, dans lequel M20 est soit l'oxyde de sodium, soit l'oxyde de potassium, soit un mélange 25 d'oxyde de sodium et d'oxyde de potassium. Un phosphate métallique choisi de préférence parmi un phosphate d'aluminium, un phosphate de fer, un phosphate de cuivre, un phosphate de zinc et leurs mélanges, est ajouté de préférence au mélange avant polymérisation. Des exemples de poly(sialate) et de procédé d'obtention de ces poly(sialates) sont par exemple décrits dans la demande de brevet FR 2 838 733. De préférence, le revêtement minéral est obtenu par application d'une dispersion aqueuse de silicophosphate d'alumine sur la nappe 46, comme décrit plus bas. Cette dispersion aqueuse présente un extrait sec compris entre 20% 5 et 50%. Le terme extrait sec désigne, pour un échantillon donné de dispersion aqueuse, le rapport entre la masse de matière sèche qui subsiste après dessication de cet échantillon dans une étuve à une température supérieure à 100 C, et la masse initiale de l'échantillon avant dessication. Dans l'exemple illustré dans la figure 2, la dispersion aqueuse de silicophosphate d'alumine appliquée sur la nappe 46 pour former la couche de revêtement est le liant Géopolymite CT AB 04 de la société française GEOPOLYMERE. Ce liant possède un extrait sec de 35%, et une composition en oxyde illustrée dans le tableau ci-après. Oxyde Teneur (%) SiO2 48,8 P205 20,7 AI203 22,2 Na2O 7,4 Fe203 0,9 L'adhésif minéral 48 assurant la liaison entre la nappe d'isolation phonique 46 et la paroi intérieure 42 comprend également un aluminosilicate. De préférence, cet adhésif minéral 48 comprend un polymère minéral du type poly(silice-oxo-aluminate). Le rapport molaire entre la silice et l'aluminium dans l'aluminosilicate de l'adhésif est supérieur à 3 et est compris entre 3 et 20. De préférence, pour constituer un matériau adhésif, ce rapport est sensiblement égal à 5 et le polymère minéral est alors désigné par poly(sialate-25 penta-siloxo). Le type de poly(sialate) utilisé pour constituer l'adhésif minéral 48 est par exemple obtenu par un procédé de polymérisation d'un mélange précurseur comprenant une poudre de silicate et/ou d'aluminosilicate et au moins un composé de formule générale suivante: A(H3SIO4)m, (2) dans laquelle: A est au moins un cation d'un élément choisi parmi le groupe constitué par les alcalins et les alcalino-terreux et leurs mélanges, et m est un entier supérieur à 1. De préférence, A est choisi parmi Na+, K+ et leur mélange. io La polymérisation du mélange précurseur est par exemple effectuée à des températures supérieures à 60 C et de préférence comprises entre 100 C et 140 C. En variante, cette polymérisation est effectuée sous vide. Des exemples de poly(sialate) de ce type et de procédé d'obtention de ces poly(sialates) sont par exemple décrits dans la demande de brevet WO 15 03/099738. Dans l'exemple illustré par la Figure 2, l'adhésif minéral 48 assurant la liaison entre la nappe 46 et la paroi intérieure 42 est le liant Géopolymite GPS 320 de la société française GEOPOLYMERE. Un procédé de réalisation du silencieux 22 représenté en regard de la 20 Figure 2 va maintenant être décrit à titre d'exemple. Dans un premier temps, le mélange précurseur de l'adhésif minéral 48 est préparé par mélange d'une composition minérale poudreuse comprenant un aluminosilicate avec une solution aqueuse de silicate potassique alcalin en présence d'un mouillant organique, par exemple un tensioactif, dans un mélangeur rapide. Le mélange précurseur est laissé au repos pendant au moins une heure à une température comprise entre 0 C et 5 C. Le rapport entre la masse de la solution aqueuse de silicate potassique alcalin et la masse de composition minérale poudreuse dans le mélange précurseur comprenant un aluminosilicate est par exemple compris entre 1, 2 et 1,6 et de préférence égal à environ 1,35. La proportion massique du mouillant organique par rapport à la masse totale du mélange précurseur est comprise entre 0,1% et 1% et de préférence sensiblement égale à 0,5%. Puis, la face latérale 56 d'une nappe 46 de type Superwool TM de la 5 société Thermal Ceramics est enduite par le mélange précurseur. Cette enduction peut être réalisée par exemple par trempage de la face 56 de la nappe 46 dans un récipient contenant le mélange précurseur ou par pulvérisation du mélange précurseur sur la face 56 de la nappe 46. La face enduite 56 de la nappe 46 est alors appliquée contre la io surface latérale externe 43B de la paroi intérieure 42. L'ensemble formé par la paroi intérieure 42 et la nappe 46 est alors introduit dans une étuve et subit un traitement thermique à 120 C sous vide pendant une heure. L'ensemble est ensuite refroidi à température ambiante pendant une 15 heure. L'adhésif minéral 48 ainsi obtenu fixe alors solidement la nappe 46 sur la paroi intérieure 42, pour une durée d'utilisation prolongée, aux températures d'utilisation du pot d'échappement, comprises entre 200 C et 1000 C. Dans un deuxième temps, la face latérale extérieure 54 de la nappe 46 est enduite par le liant Géopolymite CT AB 04. Cette enduction peut être réalisée par trempage de la nappe 46 dans un récipient contenant le liant ou par pulvérisation du liant sur la face extérieure de la nappe 46. Le revêtement ainsi formé présente une épaisseur inférieure à 10 mm 25 et constitue la paroi extérieure 44 de la double enveloppe 40. Comme précisé précédemment, la paroi 44 maintient la cohésion de la nappe 46, particulièrement si la nappe 46 est constituée de fibres entrelacées dépourvues de liant minéral ou organique. La paroi 44 protège également la nappe 46 contre d'éventuels chocs et maintient les propriétés physiques et chimiques de la nappe 46 pour une durée d'utilisation prolongée, aux températures d'utilisation du pot d'échappement, comprises entre 200 C et 1000 C. Le conduit de circulation ainsi réalisé présente donc un poids et un encombrement réduits, tout en possédant des propriétés d'isolation phonique satisfaisantes. Par ailleurs le procédé de fabrication de la double enveloppe 40 est 5 simplifié. En variante du procédé de fabrication, le mélange précurseur de l'adhésif minéral est appliqué sur la surface latérale externe 43B de la paroi 42 et non sur la nappe 46. Cette variante présente l'avantage de protéger la paroi 42 contre la io corrosion causée par des condensats susceptibles de se former dans la nappe 46. Dans une variante du conduit selon l'invention, un filet ou voile de renfort (non représenté), réalisé à base d'un tissage de fibres céramiques, est appliqué sur la paroi extérieure 44 ou disposé au sein de cette paroi 44. REVENDICATIONS 1. Conduit (22) de circulation des gaz d'échappement d'un véhicule automobile, du type comprenant: - une double enveloppe (40) comportant une paroi intérieure (42) et une s paroi extérieure (44), la paroi intérieure (42) délimitant intérieurement un espace (50) de circulation des gaz d'échappement; - un matériau d'isolation (46) disposé entre lesdites parois intérieure (42) et extérieure (44) ; caractérisé en ce que la paroi extérieure (44) comprend au moins un io revêtement minéral appliqué sur le matériau d'isolation (46). 2. Conduit (22) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le revêtement minéral comprend un aluminosilicate. 3. Conduit (22) selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'aluminosilicate comprend un silicophosphate d'alumine. 4. Conduit (22) selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que l'aluminosilicate comprend entre 40% et 60% en masse d'oxyde de silice, entre 10% et 30% en masse d'oxyde de phosphore et entre 10% et 30% en masse d'oxyde d'aluminium par rapport à la masse totale d'aluminosilicate. 5. Conduit (22) selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'aluminosilicate comprend en outre entre 5% et 10% en masse d'oxyde de sodium et/ou d'oxyde de potassium et entre 0,5% et 2% en masse d'oxyde de fer par rapport à la masse totale d'aluminosilicate. 6. Conduit (22) selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que l'aluminosilicate comprend un poly(silice-oxoaluminate) présentant des motifs de formule générale: M [- (SiO2)a (AIO2) dans laquelle: n est un entier supérieur à 1; a est un entier compris entre 1 et 30; et M est un cation choisi parmi Na+, K+, Li+, Cal+, Bat+, H3O+ et leurs mélanges. 7. Conduit (22) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le revêtement minéral (44) est susceptible d'être obtenu par un procédé d'application d'une dispersion aqueuse sur le matériau d'isolation (46), la dispersion aqueuse présentant un extrait sec compris entre 20% et 50%. 8. Conduit (22) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaisseur du revêtement minéral (44), prise radialement par rapport à un axe longitudinal (X-X') de la double enveloppe (40) est inférieure à 10 mm. 9. Conduit (22) selon l'une quelconque des revendications précédentes, io caractérisé en ce que le matériau d'isolation (46) est collé sur la paroi intérieure (42) à l'aide d'un adhésif (48) comprenant un aluminosilicate. 10. Ligne d'échappement (14) de véhicule automobile, caractérisée en ce qu'elle comprend un conduit (22) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 11. Procédé de fabrication (22) d'un conduit selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: fixer le matériau d'isolation (46) sur la paroi intérieure (42) ; puis enduire une face extérieure (54) du matériau d'isolation (46) à l'aide d'un liant minéral pour former le revêtement minéral.