Brevet FR2877694A1 — publié le 20060512

TUYAU D'ÉCHAPPEMENT ET PROCÉDÉ POUR LA FABRICATION D'UN TUYAU D'ÉCHAPPEMENT L'invention concerne un tuyau d'échappement pour un moteur à combustion interne ainsi qu'un procédé pour fabriquer un tel tuyau d'échappement. Il est connu d'isoler le tuyau d'échappement d'un moteur à combustion interne à l'aide de systèmes d'isola- tion thermique. On utilise en général à cet effet des systèmes de conduites tubulaires à plusieurs coques, auquel cas l'intervalle d'air présent entre le tube intérieur et le tube extérieur a un effet d'isolation thermique. Ce type d'isolation thermique n'est pas considéré comme satisfaisant dans tous les cas d'utilisation, au regard d'exigences légales requises accrues et d'une irradiation thermique admissible limitée à l'intérieur de l'espace moteur. On peut augmenter une action d'atténuation en utilisant des matériaux d'isolation, et ainsi on obtient des différences de température encore plus élevées entre le système intérieur et le système extérieur. Les dilatations thermiques différentes, qui en résultent, des composants peuvent être compensées par des compensateurs, par exemple des systèmes de siège coulissant. Dans le cas de cette forme de réalisation et dans le cas de l'utilisation de matériaux d'isolant en fibres il existe assurément le risque que des fibres individuelles soient éjectées par soufflage sous l'effet de la pression pulsatoire de l'écoulement des gaz d'échappement par la fente du système de siège coulissant. Ceci est valable indépendamment de la forme de réalisation du siège coulissant pour chaque système intérieur, qui n'est pas séparé, d'une manière étanche aux gaz, de l'écoulement des gaz d'échappement. En outre on ne peut pas exclure le fait que le matériau isolant lui- même parvienne dans le système à siège coulissant et, dans un cas extrême, le blocage de ce dernier. L'état de la technique inclut le fait de remplacer des systèmes à siège coulissant par des soufflets qui sont placés en contact direct avec l'écoulement des gaz d'échappement. Dans EP 0 759 502 B1, il est proposé de combiner un système à siège coulissant et un soufflet, auquel cas l'étanchéité du système intérieur vis-à-vis des gaz est établie par le soufflet. Le soufflet est entouré par un interstice d'air. Si on remplissait l'interstice d'air par un matériau isolant, il existerait le risque que le soufflet soit gêné dans ses déplacements par le matériau isolant et en outre que l'action isolante du matériau isolant s'en trouve affectée. A partir de là, l'invention a pour but de proposer un tuyau d'échappement qui soit particulièrement léger et soit approprié pour compenser dans des limites étendues des variations thermiques de longueur sans qu'il soit nécessaire de prévoir des systèmes d'ajustement appuyé par exemple à piège coulissant ou d'autres éléments de compensation. D'autre part il s'agit de proposer un procédé pour fabriquer un tel tuyau d'échappement. La partie dispositif de cet objectif est résolu conformément à l'invention essentiellement par un tuyau d'échappement pour un moteur à combustion interne, comprenant un tube intérieur qui guide les gaz d'échappement, et un tube extérieur qui entoure à distance le tube intérieur, ainsi qu'une couche isolante disposée entre le tube intérieur et le tube extérieur, caractérisé en ce que le tube intérieur est équipé au moins par endroits d'un profilage en forme de bossages, qui est en contact avec l'écoulement de gaz d'échappement. Le profilage en forme de bossages est prévu sur un tube intérieur à paroi très mince, ce profilage en forme de bossages, c'est-à-dire tridimensionnel, augmentant la rigidité du tube intérieur. De ce fait, l'épaisseur de paroi et par conséquent le poids du tube intérieur peuvent être réduits. Les variations thermiques de longueur peuvent être absorbées élastiquement par la multiplicité des bossages de sorte qu'il n'est pas nécessaire de prévoir des systèmes d'ajustement appuyé tels que des sièges coulissants. Il est considéré comme particulièrement avantageux de prévoir un profilage de forme ondulée. Les creux et les sommets des ondulations du profilage peuvent en outre être réalisés de manière à être décalés réciproquement dans la direction périphérique et en outre également dans la direction longitudinale. Les bossages sont formés par les creux et les sommets des ondulations. Une telle structure peut être introduite dans la tôle par exemple lors d'un processus de laminage avec des paires de cylindres profilées de façon correspondante. C'est-à-dire que le modèle du profilage se répète. L'expression "de forme ondulée" au sens de l'invention ne doit pas être considérée nécessairement comme étant une allure sinusoïdale. Sous l'expression "forme ondulée", il faut comprendre au sens de l'invention qu'il s'agit d'une disposition alternée ou oscillante de parties surélevées et de parties en creux, la forme ondulée pouvant être différente de la forme sinusoïdale. En principe on peut également imaginer de prévoir des profilages par exemple en forme de zig- zag ou de forme trapézoïdale. De préférence, on utilise en général une forme ondulée dans le sens d'un profilage de forme sinusoïdale. Etant donné que la forme des ondulations rigidifie le tube intérieur, l'épaisseur de paroi du tube intérieur peut être très faible et notamment être choisie nettement inférieure à l'épaisseur de paroi du tube extérieur. Dans une variante de réalisation avantageuse de l'invention, l'amplitude entre les sommets et les creux des ondulations est inférieure ou égale à cinq fois l'épaisseur de paroi du tube intérieur. L'épaisseur de paroi du tube intérieur se situe de préférence dans une gamme de 0,05 mm à 1 mm. Il s'agit notamment d'un tube intérieur à structure fine ou à profilage fin, qui est réalisé de préférence en acier spécial et contient des pourcentages massiques de 10 % à 30 % en chrome et des pourcentages massiques de nickel de 1 % à 15 % de nickel. Le tube intérieur renferme l'écoulement des gaz d'échappement d'une manière étanche au fluide vis-à-vis de la couche isolante et du tube extérieur. Ceci empêche efficacement une extraction de la couche isolante par des gaz d'échappement pulsatoires. Simultanément l'émission acoustique de l'ensemble de la structure constituée par le tube intérieur, la couche isolante et le tube extérieur est nettement améliorée. De ce fait, le tuyau d'échappement selon l'invention présente une isolation acoustique améliorée. Le profilage du tube intérieur peut s'étendre sur toute la longueur et sur l'ensemble de la périphérie du tube intérieur, étant donné que ceci peut être réalisé d'une manière très simple du point de vue de la technique de fabrication. En principe, il est cependant également possible que le profilage dans les zones plus fortement chargées thermiquement diffère du profilage présent dans des zones moins chargées thermiquement. En particulier le gaufrage, c'est-à-dire l'amplitude du profilage, peut être plus élevé dans des zones plus fortement chargées thermi- quement étant donné que dans ces zones, des dilatations thermiques longitudinales plus importantes que dans des zones moins chargées doivent être compensées. Une zone plus fortement chargée thermiquement peut être une section de longueur et/ou également une section périphérique du tube intérieur. En principe il est possible d'équiper également seulement une partie du tube intérieur avec un profilage. En ce qui concerne la réalisation du profilage, il existe de multiples possibilités, la forme de base du profilage étant considérée comme formée par des ondulations qui se croisent et qui peuvent être formées par gaufrage avec des hauteurs différentes. En particulier le gaufrage des ondulations qui s'étendent dans la direction longitudinale peut être plus accusé que le gaufrage des ondulations qui s'étendent dans la direction périphérique, le gaufrage, c'est-à-dire l'extension dirigée radialement, étant rendu dépendant essentiellement de la variation de longueur thermique à laquelle il faut s'attendre. En outre, au moins l'une des ondulations, qui se croisent, peut s'étendre elle-même avec une forme ondulée. De ce fait la rigidité du tube intérieur peut être adaptée au processus de formage suivant pour la fabrication de tuyaux d'échappement cintrés. En principe, le profilage du tube intérieur facilite grandement le processus de formage étant donné que le matériau de départ profilé possède une rigidité plus grande qu'une platine en tôle plane et per-met, en raison des réserves de matière, une dilatation et une compression beaucoup plus étendues dans l'outil de formage, qui n'est pas possible dans le cas de platines en tôles planes, sans rainures ou pliages. La partie du problème liée au procédé est résolue conformément à l'invention grâce au fait qu'on réalise le profilage d'une platine en tôle dans laquelle des parties en creux et des sommets des ondulations du profilage sont formés d'une manière réciproquement décalée dans la direction transversale et dans la direction longitudinale de la platine en tôle. La platine en tôle est formée pour constituer le tube intérieur ou des demi-coques du tube intérieur, les bords longitudinaux de la platine en tôle profilée déformée étant reliés entre eux selon une liaison par formes complémentaires ou selon une liaison par matériaux compatibles, afin d'établir de cette manière l'étanchéité du tube intérieur vis-à-vis des gaz. Les bords longitudinaux peuvent être reliés entre eux par pliage ou soudage. On entoure ensuite le tube intérieur par une couche isolante. La couche isolante peut être enroulée autour du tube intérieur profilé. Ensuite, on insère le tube intérieur enveloppé, dans le tube extérieur. Lors de l'étape suivante, on coude le tube extérieur conjointement avec le tube intérieur et la couche isolante. Ensuite on fixe des composants de raccordement, comme par exemple une bride de tête ou une bride terminale. De cette manière, on peut raccorder par exemple un collecteur de gaz d'échappe- ment, des tubes de guidage arrière des gaz d'échappement ainsi que des tubes de renvoi des gaz d'échappement ainsi que des tubes amont d'un conduit de gaz 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 les- quels: - la figure 1 montre une représentation schématique d'un tuyau d'échappement d'un moteur à combustion interne; et - la figure 2 montre, selon une représentation à 10 plus grande échelle, l'agencement du tuyau d'échappement isolé. Sur la figure 1, on a représenté un moteur à combustion interne 1, auquel un tuyau d'échappement 3 est raccordé par l'intermédiaire d'une sortie 2 des gaz d'échappement. Le tuyau d'échappement 3 est agencé avec trois couches et comprend un tube intérieur 4, qui est entouré par une couche isolante 5, ainsi qu'un tube extérieur 6 qui s'étend à distance du tube intérieur 4 et entoure le matériau isolant 5. Le tuyau d'échappement 3 guide un écoulement de gaz d'échappement AG jusqu'à un catalyseur 8. La référence 7 désigne un détail du tuyau d'échappement, qui est représenté à plus grande échelle sur la figure 2. Etant donné qu'en ce qui concerne l'invention il s'agit essentiellement de l'agencement du tube intérieur 4, on n'a pas représenté la couche isolante 5 sur la figure 2. Cette dernière est également située, dans le détail de la figure 2, entre le tube intérieur 4 et le tube extérieur 6. La figure 2 représente une coupe longitudinale d'une partie du tuyau d'échappement 3, et on peut voir que l'épaisseur de paroi W du tube intérieur 4 est nettement inférieure à celle du tube extérieur 6. D'autre part, on peut voir que le tube intérieur 4 est profilé avec une forme ondulée sur cette représentation en coupe transversale. Ce profilage de forme ondulée P se prolonge également dans la direction périphérique du tube intérieur 4, c'est-à-dire dans le plan du dessin. Ceci est visible au niveau des sommets B des ondulations, qui sont situés, vus dans l'espace, en arrière du plan de coupe de la figure 2. Dans cet exemple de réalisation, les sommets B et les parties en creux T des ondulations se raccordent entre eux directement et selon une disposition irrégulière. Cet agencement se prolonge sur l'ensemble du tube intérieur 4 du tuyau d'échappement 3 aussi bien dans la direction longitudinale que dans la direction périphérique. L'amplitude A entre les sommets B et les parties en creux T des ondulations est inférieure ou égale au quintuple de l'épaisseur de paroi W. Liste des références. 1 - Moteur à combustion interne 2 - Sortie des gaz d'échappement 3 - Tuyau d'échappement 4 - Tube intérieur - Couche isolante 6 - Tube extérieur 7 Détail 8 - Catalyseur A - Amplitude B - Sommet d'une ondulation T - Partie en creux d'une ondulation P - Profilage W - Epaisseur de paroi REVENDICATIONS 1. Tuyau d'échappement pour un moteur à combustion interne, comprenant un tube intérieur (4) qui guide les gaz d'échappement, et un tube extérieur (6) qui entoure à distance le tube intérieur (4), ainsi qu'une couche isolante (5) disposée entre le tube intérieur (4) et le tube extérieur (6) , caractérisé en ce que le tube intérieur (4) est équipé au moins par endroits d'un profilage (P) en forme de bossages, qui est en contact avec l'écoulement de gaz d'échappement (AG). 2. Tuyau d'échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le profilage possède une forme ondulée, les creux (T) et les sommets (B) des ondulations du profilage (P) étant disposés d'une manière réciproquement décalée dans la direction périphérique et/ou dans la direction longitudinale. 3. Tuyau d'échappement selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'amplitude (A) entre les sommets (B) et les creux (T) des ondulations est inférieure ou égale à 5 fois l'épaisseur de paroi (W) du tube intérieur (4). 4. Tuyau d'échappement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'épaisseur de paroi (W) du tube intérieur (4) se situe dans une gamme de 0,05 mm à 1 mm. 5. Tuyau d'échappement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le tube intérieur (4) est réalisé en acier spécial. 6. Tuyau d'échappement selon la revendication 5, caractérisé en ce que le matériau formé d'acier du tube intérieur (4) contient du chrome (Cr) en un pourcentage massique de 10 % à 30 7. Tuyau d'échappement selon l'une ou l'autre des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que le matériau formé d'acier du tube intérieur (4) contient du nickel (Ni) en un pourcentage massique de 1 à 15 8. Tuyau d'échappement selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le profilage diffère, dans des zones plus fortement chargées thermique- ment, du profilage présent dans des zones moins chargées 5 thermiquement. 9. Tuyau d'échappement selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le profilage est formé par des ondulations qui se croisent, les ondula- tions qui se croisent étant formées par gaufrage avec des 10 amplitudes différentes. 10. Tuyau d'échappement selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le profilage est formé par des ondulations qui se croisent, au moins l'une des ondulations qui se croisent s'étendant avec une forme ondulée. 11. Procédé pour fabriquer un tuyau d'échappement présentant les caractéristiques selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par les dispositions suivantes: a) profilage d'une platine en tôle, lors duquel des creux (T) et des sommets (B) des ondulations du profilage (P) sont formés en étant décalés réciproquement dans la direction transversale et dans la direction longitudinale, b) formage de la platine en tôle sous la forme du tube intérieur (4) ou de demi-coques du tube intérieur (4) et liaison par formes complémentaires ou liaison par matériaux compatibles des bords longitudinaux de la platine en tôle profilée mise en forme, c) enveloppement du tube intérieur (4) par une couche isolante (5), d) introduction du tube intérieur enveloppé (4) dans le tube extérieur (6), e) coudage conjoint du tube intérieur (4) et du tube exté-35 rieur (6) et liaison à des composants de raccordement.