Brevet FR2894284A1 — publié le 20070608

JOINT DE DIFFUSION La présente invention se rapporte à un joint de diffusion, notamment pour la diffusion des flux gazeux circulant dans les tubes d'une ligne d'échappement. La ligne d'échappement d'un véhicule mis sur le marché joue un rôle dans la performance du moteur, l'amélioration du confort acoustique et la réduction des émissions polluantes. Pour suivre l'évolution des normes internationales, diminuant de plus en plus le seuil autorisé d'émissions polluantes, les nouveaux dispositifs de traitement des gaz d'échappement doivent augmenter leur efficacité. Il existe deux types de dispositifs de traitement desdits gaz - les filtres catalytiques, transformant les composants nocifs contenus dans les gaz d'échappement en composant normaux de l'atmosphère, - et les filtres à particule évitant le rejet des particules polluantes et nocives. Malgré les derniers progrès de ces nouveaux dispositifs, on a constaté que des composants issus de la combustion des moteurs thermiques et dangereux pour l'environnement parviennent à passer au travers desdits dispositifs de traitement, notamment au fur et à mesure de l'utilisation du véhicule et donc de l'usure du dispositif. Une première cause du manque d'efficacité desdits dispositifs est la mauvaise répartition des flux des gaz d'échappement sur la surface active du dispositif de traitement. Les gaz d'échappement s'écoulant plus rapidement au centre des tubes, lesdits gaz se concentrent au centre du dispositif et sont inégalement répartis sur la surface active du dispositif de traitement. Cette mauvaise répartition entraîne une usure plus rapide de la surface active du dispositif et par conséquent, l'efficacité du dispositif de traitement des gaz d'échappement baisse progressivement. Une deuxième raison pour laquelle des composants dangereux pour l'environnement sont rejetés sans être traités ou filtrés, provient du manque d'étanchéité au niveau des raccords entre les différents éléments d'une ligne d'échappement. Une ligne d'échappement subit de grandes variations de température lors de l'utilisation du véhicule, d'où une dilatation des éléments de la ligne d'échappement. Ladite dilatation provoque une déformation des raccords entre les différents éléments de la ligne d'échappement, ce qui altère l'étanchéité desdits raccords. Aussi, la présente invention vise à pallier les inconvénients de l'art antérieur en proposant un joint susceptible d'assurer une étanchéité entre différents éléments d'une ligne d'échappement quelles que soient les variations de température, et de diffuser les gaz d'échappement de façon que les flux gazeux soient mieux répartis sur la surface active du dispositif de traitement traversée par lesdits gaz. A cet effet, l'invention a pour objet un joint composé d'au moins une tôle métallique et susceptible d'assurer l'étanchéité entre des éléments d'une ligne d'échappement caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'étanchéité sous forme d'au moins une déformation entourant une surface 5 de passage des gaz d'échappement et en ce que ladite tôle comprend des moyens de diffusion des flux gazeux traversant la surface 5 de passage. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre de l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement, en 25 regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue de dessus d'un joint illustrant les moyens de diffusion des flux gazeux et l'axe de coupe A-A selon lequel sont réalisées les sections des figures suivantes, - la figure 2A est une section d'un joint selon une première variante des moyens d'étanchéité, -la figure 2B est une section d'un joint selon une deuxième variante des moyens d'étanchéité, - la figure 2C est une section d'un joint selon une variante comprenant des moyens pour évacuer la chaleur, - la figure 2b est une section d'un joint selon une première variante des moyens pour éviter la dissipation de chaleur dans les brides, - la figure 2E est une section d'un joint selon une deuxième variante des moyens 10 pour éviter la dissipation de chaleur dans les brides. Dans la suite de la description, on suppose le joint 10 disposé au niveau du raccord entre des éléments 50 d'une ligne d'échappement et on désigne par plaque, une pièce d'épaisseur sensiblement fine relativement à sa longueur et sa largeur, ladite plaque étant en tôle métallique. 15 Selon une variante de l'invention, le joint 10 peut être une tôle unique qui comprend à la fois les moyens d'étanchéité 12 et les moyens de diffusion 14 des flux gazeux d'échappement. Pour la suite de la description, le joint 10 est composé d'au moins une première pièce, appelée plaque d'étanchéité 16, comprenant des moyens 20 d'étanchéité 12 permettant d'assurer l'étanchéité au niveau du raccord entre les éléments à étancher et d'au moins une deuxième pièce, appelée plaque de diffusion 18, comprenant les moyens de diffusion 14 permettant de répartir les flux gazeux. On obtient ainsi un joint réalisé selon une conception lamellée préférée car permettant de dédier chacune des deux fonctions du joint à au 25 moins une plaque : au moins une plaque étant dédiée à assurer l'étanchéité du raccord et au moins une autre plaque étant dédiée à la diffusion des flux gazeux. Sur la figure 1, le joint 10 comprend des moyens de fixation 20. Selon un mode de réalisation, lesdits moyens de fixation 20 sont des orifices destinés à recevoir des éléments de fixation, tels que des vis, pour se fixer au niveau de la bride 30 d'un tube 32 par exemple. Ces moyens de fixation 20 et les éléments de fixation associés ne sont pas détaillés ici car ils sont connus de l'homme de l'art. Ces moyens de fixation sont situés sur la plaque d'étanchéité 16 et/ou sur la plaque de diffusion 18. Pour la suite de la description, on supposera le joint 10 disposé au niveau du raccord d'au moins un tube 32 avec un autre élément de la ligne d'échappement, ledit tube 32 comprenant au niveau du raccord une bride 30 susceptible de recevoir les moyens de fixation 20. D'autre part, on désignera par surface 5 de passage, la surface maximale traversée par les gaz au niveau de la position du joint, la surface 5 peut correspondre aussi à la surface maximale à travers laquelle les flux gazeux sont répartis par les moyens de diffusion 14. Dans une ligne d'échappement, la vitesse des gaz est généralement plus élevée au centre des tubes qu'en périphérie. La solution proposée par cette invention pour mieux répartir les flux gazeux de la ligne d'échappement est de faire varier le gradient de vitesse des flux gazeux entre le centre du tube d'échappement et la périphérie dudit tube. Pour cela, les moyens de diffusion 14 offrent une plus grande densité de zone ouverte en périphérie de la surface 5 de passage d'une plaque de diffusion 18 qu'au centre de ladite surface 5. Ainsi, en ouvrant une zone sensiblement étendue en périphérie de la surface 5 et en maintenant une zone sensiblement fermée au centre de ladite surface 5, on vient freiner le flux gazeux d'échappement au centre de la surface 5 de passage et accélérer ledit flux en périphérie de ladite surface 5. Les moyens de diffusion 14 situés sur la plaque de diffusion 18 25 comprennent au moins une ouverture 22 de géométrie et de position variables, réalisée dans ladite plaque de diffusion 18. Afin d'obtenir une meilleure répartition des flux gazeux d'échappement, la plaque de diffusion 18 est de préférence composée d'un panel de trous 22 de dimensions sensiblement différentes, ainsi des trous de plus petite dimension 24 sont plutôt situés au centre de la surface 5, et des trous de plus grande dimension 26 sont plutôt situés en périphérie de ladite surface 5. Le nombre, la position, la forme et les dimensions des trous 22 utilisés pour ces moyens de diffusion 14 peuvent varier sur ladite plaque de diffusion 18 et peuvent évoluer en fonction de la répartition souhaitée. Selon une variante de l'invention, les moyens de diffusion peuvent être composés de plusieurs plaques de diffusion comprenant chacune des trous de nombre, de position, de forme et de dimensions différents. Sur la figure 2A est illustrée une première réalisation des moyens d'étanchéité 12, il s'agit d'au moins une nervure 28 portée par la plaque d'étanchéité 16. Ladite nervure 28 venant en saillie par rapport au reste du joint 10, lors du serrage du raccord équipé dudit joint 10, la bride 30 et la plaque de diffusion 18 viennent comprimer la nervure 28 de la plaque d'étanchéité 16. Ladite plaque d'étanchéité 16 étant fabriquée dans une épaisseur et un matériau lui conférant une certaine élasticité, la nervure 28 s'aplatit sous l'effort du serrage, et réalise l'étanchéité entre la plaque de diffusion 18 et la bride 30 même lorsque les éléments à étancher se déforment grâce à l'élasticité de la tôle. Pour réaliser l'étanchéité complète, la nervure 28 suit un contour fermé à l'intérieur duquel se trouve la surface 5. Dans une deuxième réalisation des moyens d'étanchéité illustrée par la figure 2B, la plaque d'étanchéité 16 comprend au moins un bossage ou demi-nervure 34, ladite plaque d'étanchéité 16 étant fabriquée dans une épaisseur et un matériau lui conférant une certaine élasticité, le bossage ou demi-nervure 34 s'aplatit sous l'effort du serrage, et réalise l'étanchéité entre la plaque de diffusion 18 et la bride 30 du tube 32. Pour réaliser l'étanchéité complète, le bossage ou demi-nervure 34 suit un contour fermé à l'intérieur duquel se trouve la surface 5. Pour assurer une étanchéité entre les différents éléments d'une ligne d'échappement quelque soit l'amplitude ou la fréquence des variations de température, des moyens conducteurs de chaleur peuvent équiper le joint 10. Ces moyens conducteurs 36 transmettent la chaleur accumulée par la plaque de diffusion 18 vers les brides. La dissipation de la chaleur qui s'ensuit évite une trop grande montée en température des éléments d'étanchéité tels que les nervures. Ces moyens conducteurs 36 se situent, pour être efficaces, sur le contour de la surface 5, en contact avec la plaque de diffusion 18 et au moins un des éléments à raccorder. Lesdits moyens conducteurs 36 peuvent être disposés sur une plaque de diffusion 18, mais ils sont de préférence fixés sur une plaque d'étanchéité 16. Comme représenté en figure 2C, ces moyens conducteurs 36 de chaleur peuvent être réalisés sous forme d'un anneau à section en C entourant la surface 5 de passage, ladite section en C permettant aux moyens conducteurs 36 de venir sertir le bord de l'ouverture, au moins équivalente à la surface 5, réalisée dans la plaque d'étanchéité 16 pour le passage des gaz d'échappement. Selon une variante, ces moyens conducteurs 36 sont en cuivre, bon conducteur de chaleur. De plus, le cuivre étant malléable, lors du serrage des moyens de fixation 20, les moyens conducteurs 36 peuvent remplir à la fois une fonction d'étanchéité en s'écrasant entre les parois plus ou moins rugueuses des éléments à raccorder et la plaque de diffusion 18, et aussi une fonction de butée permettant de limiter l'écrasement de la nervure 28. A l'inverse, pour l'efficacité de certains dispositifs de traitement des gaz d'échappement comme les filtres catalytiques, il peut être utile de conserver la chaleur émise par lesdits gaz pour stabiliser la température. Selon un mode de réalisation, le joint 10 peut comporter des moyens thermiquement isolants destinés à confiner la chaleur au niveau de la surface 5, en amont du dispositif de traitement des gaz. Lesdits moyens isolants 38 sont formés d'au moins un élément 40 en matériau isolant. Ledit élément isolant 40 étant de forme à entourer le contour de la surface S. Selon une première variante représentée en figure 2b, l'élément isolant 40 est placé dans un logement 44 de forme adéquate réalisé dans la plaque d'étanchéité 16, ledit élément isolant 40 étant à la fois en contact avec la plaque de diffusion 18 et la plaque d'étanchéité 16. Cet élément isolant 40 limite la dissipation de chaleur de la plaque de diffusion vers les brides, les moyens isolants 38 favorisant ainsi le traitement des gaz en assurant une meilleure stabilité en température. bans un mode de réalisation et pour la suite de la description, le joint 10 est composé d'une plaque de diffusion 18, comprenant les moyens de diffusion 14, prise en sandwich entre deux plaques d'étanchéité 16 comportant chacune les moyens d'étanchéité 12. Selon une variante représentée en figure 2E, l'élément isolant 40 est placé dans un passage 42 de forme adéquate ménagé dans la plaque de diffusion 18, et enserré de part et d'autre de ladite plaque de diffusion 18 par les deux plaques d'étanchéité 16. Idéalement, les moyens d'étanchéité 12 constitué par au moins une nervure 28 et le passage 42 de la plaque de diffusion 18 forment un logement adapté à l'élément isolant 40. Ledit élément isolant 40 est à la fois en contact avec la plaque de diffusion 18 et les plaques d'étanchéité 16. Cet élément isolant 40 limite la dissipation de chaleur de la plaque de diffusion vers les brides, les moyens isolants 38 favorisant ainsi le traitement des gaz en assurant une meilleure stabilité en température. be préférence, les moyens isolants 38 sont conçus dans un matériau composite, susceptible de se dilater aux températures de fonctionnement de la ligne d'échappement pour améliorer l'étanchéité. En se dilatant, l'élément isolant 40 crée un effort qui maintient la nervure 28 écrasée contre la bride 30 lors des dilatations de la plaque d'étanchéité 16 comprenant ladite nervure 28. Cet élément isolant est notamment décrit dans le brevet FR 2 824 613. Grâce à ce matériau susceptible de conserver ses caractéristiques mécaniques dans le temps, notamment son élasticité, l'étanchéité est assurée quelles que soient la fréquence et les variations de température. Ainsi, les moyens isolants 38 permettent donc de favoriser le traitement des gaz d'échappement en assurant une meilleure stabilité en température et une meilleure étanchéité en conservant leur élasticité lors des variations de température. Afin de solidariser les assemblages de plaques composant le joint de diffusion selon les différentes réalisations, des points de soudure viennent relier au moins deux plaques entre elles, lesdites plaques assemblées pouvant être de taille, de forme, et d'épaisseur différentes. Par exemple, selon une variante du mode de réalisation dans lequel la plaque de diffusion 18 est prise en sandwich entre deux plaques d'étanchéité 16, la plaque de diffusion 18 a des dimensions légèrement supérieures à la surface 5 de passage des gaz mais inférieures aux dimensions des plaques d'étanchéité, la dite plaque de diffusion 18 étant maintenue et centrée entre deux plaques d'étanchéité 16 de dimension supérieure sensiblement égale à celle des brides 30. Dans un mode de réalisation du joint, les moyens de diffusion peuvent être réalisés sous la forme d'un élément filtrant supporté par la plaque de diffusion, 20 avantageusement, la plaque de diffusion forme l'élément filtrant. Le joint 10 peut prendre toutes les formes voulues par la géométrie des tubes dans lesquels circulent les gaz à répartir ou, par la forme des raccords à étanchéifier entre les différents éléments. L'invention concerne tout particulièrement des problèmes relatifs aux 25 lignes d'échappement d'un véhicule, ou tout engin comprenant un moteur thermique susceptible de rejeter des polluants dans l'atmosphère. Mais, l'invention couvre plus globalement tous les systèmes ou dispositifs susceptibles de devoir assurer une meilleure diffusion des flux gazeux et de remplir une fonction d'étanchéité au niveau d'un raccord entre différents éléments. Bien entendu, l'invention n'est évidemment pas limitée au mode de réalisation représenté et décrit ci-dessus, mais en couvre au contraire toutes les variantes, notamment en ce qui concerne les dimensions, les formes du joint ainsi que les matériaux des différents composants du joint de diffusion 10. REVENDICATIONS 1. Joint composé d'au moins une tôle métallique et susceptible d'assurer l'étanchéité entre des éléments d'une ligne d'échappement caractérisé en ce qu' il comprend des moyens d'étanchéité (12) sous forme d'au moins une déformation entourant une surface 5 de passage des gaz d'échappement et en ce que ladite tôle comprend des moyens de diffusion (14) des flux gazeux traversant la surface 5 de passage. 2. Joint selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens de diffusion (14) assurent une répartition des flux gazeux d'échappement sur la surface 5 de passage. 3. Joint selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de diffusion (14) offrent une plus grande densité de zone ouverte en périphérie de la surface 5 de passage qu'au centre de ladite surface 5. 4. Joint selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de diffusion (14) comprennent au moins un trou de plus petite dimension (24) plutôt situé au centre de la surface 5 de passage, et au moins un trou de plus grande dimension (26) plutôt situé en périphérie de ladite surface 5 de passage. 5. Joint selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité (12) consistent en au moins une nervure (28) suivant un contour fermé à l'intérieur duquel se trouve la surface 5 de passage, la déformation élastique de ladite nervure (28) permettant d'assurer l'étanchéité. 6. Joint selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité (12) consistent en un bossage (34) suivant un contour fermé à l'intérieur duquel se trouve la surface 5 de passage, la déformation élastique dudit bossage (34) permettant d'assurer l'étanchéité. 7. Joint selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le joint (10) est composé d'au moins une plaque d'étanchéité (16) comportant les moyens d'étanchéité (12) et d'au moins une plaque de diffusion (18) comportant les moyens de diffusion (14). 8. Joint selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une plaque de diffusion (18) prise en sandwich entre au moins deux plaques d'étanchéité (16). 9. Joint selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens conducteurs (38) de chaleur situés sur le contour de 10 la surface 5 de passage. 10. Joint selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens conducteurs (38) de chaleur sont disposés de manière à venir en contact avec au moins une plaque de diffusion (18) et au moins un des éléments à étancher. 11. Joint selon les revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que les moyens 15 conducteurs (38) de chaleur sont en cuivre. 12. Joint selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens isolants (38) situés autour de la surface 5 de passage. 13. Joint selon la revendication 12, caractérisé en ce que les moyens isolants (38) sont susceptibles de se dilater lors des variations de température. 20 14. Joint selon les revendications 8 et 12 ou selon les revendications 8 et 13 caractérisé en ce que les moyens isolants (38) sont placés dans un passage (42) de forme adéquate ménagé dans au moins une plaque de diffusion (18), et enserrés de part et d'autre de ladite plaque de diffusion (18) par au moins deux plaques d'étanchéité (16).