Brevet FR2919340A1 — publié le 20090130

Volume d'échappement d'une ligne d'échappement de véhicule automobile et procédé de fabrication d'un tel volume d'échappement La présente invention concerne en général les lignes d'échappement de véhicule automobile. Plus précisément, l'invention concerne, selon un premier aspect, un volume d'échappement d'une ligne d'échappement de véhicule automobile, du type comprenant une enveloppe externe et un organe de fixation apte à lier l'enveloppe ex-terne à une structure du véhicule. Sur les volumes d'échappement de l'état de la technique, notamment les si- lencieux, la fixation de l'organe de fixation sur l'enveloppe du silencieux doit offrir une rigidité suffisante pour obtenir un premier mode propre vibratoire élevé, afin d'éviter de transmettre des vibrations à la caisse du véhicule. Si l'organe de fixation est suffisamment rigide en lui-même, on observe alors que c'est la souplesse de l'enveloppe au voisinage de l'embase de l'organe de fixation qui pénalise for- tement la rigidité et abaisse le premier mode vibratoire. Une solution serait d'augmenter l'épaisseur de l'enveloppe, ce qui aurait pour conséquence d'augmenter la masse et le coût du silencieux. Il est connu également d'utiliser une sangle enroulée autour de l'enveloppe, et passant au ni-veau de l'embase de l'organe de fixation. Cette solution est onéreuse, du fait que le silencieux incorpore une pièce supplémentaire, et du fait que le processus de fabrication du silencieux nécessite une étape de plus, à savoir la mise en place de la sangle autour du silencieux. Dans ce contexte, l'invention vise à proposer un volume d'échappement qui soit rigide au niveau de l'embase de l'organe de fixation mais moins onéreux. A cette fin, l'invention porte sur un volume d'échappement du type précité, caractérisé en ce que l'enveloppe externe comprend au moins une nervure à la-quelle l'organe de fixation est rigidement fixé. Le volume d'échappement peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - l'enveloppe externe comprend une région dans laquelle ladite enveloppe externe présente une épaisseur constante, la ou chaque nervure étant une zone de ladite région faisant saillie vers l'extérieur de l'enveloppe externe ; 2 - l'enveloppe externe est une enveloppe tubulaire roulée autour d'un axe central ; - la ou chaque nervure est ménagée dans une région de l'enveloppe ex- terne présentant un rayon de courbure supérieur à 120 millimètres et s'étend sen- siblement dans un plan perpendiculaire à l'axe central de l'enveloppe externe ; - la ou chaque nervure présente parallèlement à l'axe central un encom- brement inférieur à 150 millimètres ; - la ou chaque nervure présente une forme allongée suivant une direction principale et présente suivant la direction principale une longueur comprise entre 30 et 300 millimètres ; - la ou chaque nervure présente une hauteur comprise entre 2 et 20 millimètres ; - la ou chaque nervure présente un sommet plat sur lequel est rigidement fixé l'organe de fixation ; et - l'enveloppe externe comprend deux nervures parallèles l'une à l'autre, l'organe de fixation est rigidement fixé aux deux nervures. Selon un second aspect, l'invention porte sur un procédé de fabrication d'un volume d'échappement présentant les caractéristiques ci-dessus, le procédé comprenant les étapes suivantes : - approvisionner un flan métallique ; - emboutir le flan pour créer la ou les nervures ; - rouler le flan pour former l'enveloppe externe ; -fixer l'organe de fixation à la ou aux nervures. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limita-tif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue en perspective d'un silencieux d'échappement conforme à un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective d'un silencieux d'échappement conforme à un second mode de réalisation de l'invention ; et - la figure 3 est une vue simplifiée en élévation d'une machine permettant de rouler l'enveloppe externe des silencieux des figures 1 et 2. Le silencieux d'échappement 1 représenté sur la figure 1 est destiné à être inséré dans une ligne d'échappement de véhicule automobile. 11 comporte : - une enveloppe externe tubulaire 2 délimitant, à ses deux extrémités opposées, une ouverture amont et une ouverture aval ; - des coupelles amont et aval 4 et 6 obturant respectivement les ouvertures amont et aval de l'enveloppe 2 ; - un crochet 8 apte à lier l'enveloppe externe 2 à la caisse du véhicule. La coupelle amont 4 comporte une entrée de gaz d'échappement (non représentée) traversée par un conduit d'entrée (non représenté) susceptible de met- tre en communication un volume interne du silencieux avec une partie amont de la ligne d'échappement. La coupelle aval 6 comporte une sortie de gaz d'échappement 10 traversée par un conduit de sortie (non représenté) susceptible de mettre en communication le volume interne du silencieux avec une partie aval de la ligne d'échappement. Le volume interne du silencieux est divisé en plusieurs chambres par des coupelles internes (non visibles sur la figure 1). Les gaz d'échappement provenant des chambres de combustion du moteur thermique du véhicule automobile pénètrent dans le silencieux par le conduit d'entrée, circulent à travers les chambres délimitées dans le volume interne, puis sortent du silencieux par la tuyauterie de sortie, avant d'être rejetés dans l'atmosphère. Le silencieux est conçu de manière à amortir les ondes de pression dans l'écoulement des gaz d'échappement, ces ondes de pression résultant du régime pulsé du moteur thermique. L'enveloppe externe 2 est réalisée typiquement en acier inoxydable comprenant 12 à 18% de Chrome et soudable (stabilisé), ou acier revêtu (par exemple aluminié), d'épaisseur comprise entre 0.6mm à 1.2mm. L'enveloppe 2 est roulée autour d'un axe XX constituant l'axe central du silencieux. L'enveloppe 2 est refermée sur elle-même par sertissage de ses deux bords axiaux l'un avec l'autre, comme visible sur la figure 3. L'enveloppe 2 présente une section droite, prise perpendiculairement à l'axe X-X, sensiblement tronconique. Elle est délimitée par des faces supérieure et inférieure 12 et 14 sensiblement planes et opposées l'une à l'autre. Elle est également délimitée par deux faces latérales 16 reliant chacune les faces 12 et 14 l'une à l'autre. Les faces latérales 16 sont légèrement bombées vers l'extérieur du silencieux. Les faces 12, 14 et 16 se raccordent les unes aux autres par des zones d'angle arrondies. Les coupelles 4 et 6 sont sensiblement perpendiculaires à l'axe X-X et sont soudées ou serties à l'enveloppe externe 2. Le crochet 8 comporte une embase 18 rigidement fixée à l'une des faces latérales 16 de l'enveloppe, et une tige de fixation 20. L'embase 18 est une pièce en tôle pliée, comportant deux pans 22 et 24 parallèles l'un à l'autre et un troisième pan non visible reliant les pans 22 et 24. Les trois pans sont sensiblement perpendiculaires à la face latérale 16. Le troisième pan est sensiblement perpendicu- laire aux pans 22 et 24. La tige de fixation 20 est un tube cylindrique pointant à partir de l'embase 18 dans une direction sensiblement perpendiculaire à la face latérale 16. Les trois pans de l'embase se rejoignent pour former un prolongement cylindrique 26, dans lequel peut être fixée rigidement la tige cylindrique 20, ou encore ce prolongement cylindrique 26 peut être étendu et remplacer avantageusement la tige cylindrique 20. Les pans 22 et 24 de l'embase sont délimités à l'opposé de la tige 20 par des bords droits respectifs 28 et 30. Les bords 28 et 30 sont rigidement fixés sur des nervures 32 et 34 de la face 16. Ils s'étendent perpendiculairement aux géné- ratrices de l'enveloppe 2, c'est-à-dire perpendiculairement à l'axe X-X. L'enveloppe externe 2 présente sur les faces 12, 14 et 16 une épaisseur sensiblement constante, les nervures 32 et 34 étant donc ménagées dans une région de l'enveloppe où celle-ci présente une épaisseur constante. Chaque nervure 32, 34 est une zone de la face 16 faisant saillie vers l'exté- rieur de l'enveloppe externe. Les nervures 32 et 34 sont typiquement obtenues par emboutissage, comme expliqué plus bas. L'enveloppe externe présente, au ni-veau des nervures 32 et 34, la même épaisseur que dans le reste de la face 16. Dans le mode de réalisation de la figure 1, la face 16 sur laquelle sont ménagées les nervures 32 et 34 présente un grand rayon de courbure, quand elle est considérée en section dans un plan perpendiculaire à l'axe X. Ce rayon est supérieur à 120 mm, de préférence supérieur à 150 mm, et vaut par exemple 200 mm. De ce fait, il est possible d'orienter les nervures 32 et 34 de telle sorte que chacune s'étende sensiblement dans un plan perpendiculaire à l'axe X-X. Comme le montre la figure 1, les nervures 32 et 34 sont parallèles l'une à l'autre. Elles sont allongées suivant une direction principale et présentent, selon cette direction principale, chacune une longueur comprise entre 30 mm et 300 mm. Cette longueur est fonction de la taille des pans 22 et 24 du crochet. Les ner- vures 32 et 34 sont choisies de longueur supérieure à la longueur des bords droits 28 et 30 du crochet. Les bords droits 28 et 30 présentent généralement chacun une longueur comprise entre 30 mm et 120 mm. Chaque nervure 32 et 34 présente par rapport à la région de la face 16 entourant ladite nervure une hauteur comprise entre 2 mm et 20 mm, de préférence comprise entre 2 mm et 12 mm. Chaque nervure 32 et 34 présente à son sommet un plat, respectivement 36 et 38. Les bords 28 et 30 du crochet sont rigidement fixés sur les plats 36 et 38, par exemple par soudage. Les plats 36 et 38 s'étendent sur la plus grande partie de la longueur des nervures 32 et 34. Ils sont sensiblement parallèles à la face 16. Chaque plat 36, 38 est relié à la face 16 par un bord périphérique incliné, respectivement 40 et 41. Chaque bord 40, 41 s'évase à partir du plat 36, 38 jusqu'à la face 16 de l'enveloppe. Comme le montre la figure 1, chaque nervure 32, 34 présente, parallèle-ment à l'axe X-X, une largeur Il. Les deux nervures 32 et 34 sont séparées par un interstice de largeur 12 parallèlement à l'axe X-X. Les largeurs Il et 12 sont choisies pour que les nervures et l'interstice qui les séparent présentent parallèlement à l'axe X-X, un encombrement total inférieur à l'écartement entre deux rouleaux de roulage de la machine servant à rouler l'enveloppe externe 2. Cet encombrement sera typiquement inférieur à 150 mm, et de préférence compris entre 30 mm et 100 mm. Un second mode de réalisation de l'invention va maintenant être décrit, en référence à la figure 2. Seuls les points par lesquels le second mode de réalisation diffère du premier seront détaillés ci-dessous. Les éléments identiques ou assurant la même fonction dans les deux modes de réalisation seront désignés par les mêmes références. Dans le second mode de réalisation, l'enveloppe 2 présente, perpendiculairement à l'axe X-X, une section comportant au moins une face verticale 16, devant recevoir la fixation d'accrochage, dont le rayon de courbure est plus faible que dans le premier cas, c'est-à-dire plus bombée, rendant dans le premier cas, c'est-à-dire plus bombée, rendant impossible l'orientation des nervures dans une direction perpendiculaire à l'axe X-X. Le crochet 8 est donc fixé sur une face bombée. Sur la figure 2, le pan 24 de l'embase est visible et le pan 22 parallèle au pan 24 est caché. On peut voir en revanche le troisième pan 42 de l'embase, qui assure la liaison entre les pans 22 et 24. Les bords droits 28 et 30 de fixation de l'embase sur l'enveloppe s'étendent parallèlement à l'axe X-X. Le prolongement 26 (non visible sur la figure 2) de l'embase et une extrémité de la tige de fixation 20 sont engagées dans une bague 43, et sont rigidement fixées dans celle-ci par tous moyens adaptés, par exemple par soudage. Ou encore, comme précédemment, le prolongement cylindrique 26 peut être étendu et remplacer avantageusement cette partie cylindrique 20. La face 16 sur laquelle sont ménagées les nervures 32 et 34 présente un petit rayon de courbure, quand elle est considérée en section perpendiculairement à l'axe X-X. Ce rayon est inférieur à 120 mm et vaut par exemple 80 mm. Les nervures 32 et 34 sont allongées chacune suivant une direction principale parallèle à l'axe X-X. Elles sont donc allongées parallèlement à une génératrice de l'enveloppe tubulaire. De manière à passer entre deux rouleaux voisins de la machine de roulage, chacune des nervures 32 et 34 présente parallèlement à l'axe X-X une longueur inférieure à 150 mm, de préférence comprise entre 50 mm et 150 mm. Le procédé de fabrication des silencieux décrits ci-dessus va maintenant être détaillé, en référence à la figure 3. Le procédé comprend essentiellement les étapes suivantes. 1 -Approvisionner un flan métallique destiné à former l'enveloppe externe, les coupelles amont et aval 4 et 6, un crochet 8, et les éléments internes destinés à être montés à l'intérieur du silencieux. Le flan métallique est une pièce de tôle d'épaisseur constante, plane, ne comportant aucun relief à l'origine. 2 - Emboutir le flan métallique de manière à créer les nervures 32 et 34. 3 - Rouler le flan embouti, pour former l'enveloppe externe 2 et fermer cette enveloppe externe en sertissant deux de ses bords l'un à l'autre. Cette étape de roulage est illustrée sur la figure 3. Elle est réalisée à l'aide d'une machine comportant un mandrin 44, deux bras 46 portant des rouleaux 48 et un bâti 50. Le flan 52 est progressivement enroulé autour du mandrin 44, à l'aide des bras 46. Les rouleaux 48 plaquent le flan 52 contre le mandrin et se déplacent le long de la circonférence de ce mandrin. Ils se déplacent à partir d'un point central du flan, dans deux directions opposées, jusqu'aux bords libres 54 du flan destinés à être sertis l'un à l'autre. La figure 3 illustre le flan 52 au cours de l'opération de roulage, et illustre également le flan 52 une fois l'opération de roulage et de sertissage terminée. Les deux bords 54 sertis l'un à l'autre sont visibles sur la figure 3. Chaque bras 46 porte plusieurs rouleaux, par exemple de cinq à dix rouleaux en fonction de la longueur axiale du silencieux. Ces rouleaux sont coaxiaux et sont écartés les uns des autres typiquement de 30 à 100 mm. De manière à ce que les nervures ne soient pas écrasées par les rouleaux, les rouleaux sont calés par rapport au flan de manière à faire passer les nervures dans l'intervalle libre entre deux rouleaux. Alternativement, il est possible de prévoir entre deux des rouleaux 48 un espacement plus grand qu'entre les autres rouleaux, de manière à laisser passer les nervures 32 et 34. Il est également possible de supprimer un des rouleaux de manière à créer un passage pour les nervures. II est encore possible de piloter un des rouleaux par un vérin, ce vérin étant apte à écarter le rouleau du flan de manière temporaire au passage des nervures 32 et 34. 4 - Une fois l'enveloppe externe roulée et sertie, introduire dans cette enveloppe les organes internes du silencieux et fixer les coupelles amont et aval 4 et 6 à l'enveloppe externe ; 5 - Fixer les bords 28 et 30 du crochet sur les plats 36 et 38 des nervures. Le volume d'échappement décrit ci-dessus présente donc de multiples avantages. Du fait que l'enveloppe externe comporte au moins une nervure à laquelle l'organe de fixation est rigidement fixé, l'enveloppe externe est plus rigide dans la zone de fixation dudit organe de fixation. Ainsi, il a été mis en évidence au moyen de calculs par élément fini et vibratoire que la fixation de l'embase de l'organe de fixation par soudure sur la nervure offre de meilleurs résultats de rigidité, par comparaison à une nervure dissociée de la zone de raccordement entre l'organe de fixation et l'enveloppe, c'est-à-dire placée à distance de cette zone de raccorde-ment. Cette rigidité accrue de l'enveloppe est obtenue sans augmenter le nombre de pièces constituant le volume d'échappement. Par ailleurs, les nervures sont extrêmement faciles à former, notamment par emboutissage, de telle sorte que le procédé de fabrication du volume d'échappement reste peu onéreux. En outre, il a été constaté que souder l'organe de fixation sur un plat au sommet des nervures est plus facile que souder le crochet sur une zone dépourvue de nervures de l'enveloppe. Le crochet peut être fixé aussi bien dans des régions de l'enveloppe pré-sentant un grand rayon de courbure, que dans des régions de l'enveloppe présen- tant un faible rayon de courbure. Ainsi, quand la région de l'enveloppe où doit être fixé le crochet présente un rayon de courbure supérieur à 120 mm, de préférence supérieur à 150 mm, on disposera les rainures dans le sens du roulage, c'est-à-dire dans des plans sensiblement perpendiculaires à l'axe central du volume d'échappement. Cette disposition est possible du fait que la déformation de l'enve- loppe pendant le roulage est faible. En effet, les nervures orientées dans le sens de roulage de l'enveloppe s'opposent à la mise en forme circulaire ou ovale de l'enveloppe, de telle sorte que de telles nervures ne peuvent être disposées que dans des zones à grand rayon de courbure. En revanche, cette orientation des nervures est favorable car l'encombrement axial des nervures est alors minimum, ces nervures pouvant de ce fait être plus facilement disposées entre deux rou- leaux voisins de la machine de roulage. Quand le rayon de courbure de la région dans laquelle le crochet doit être fixé est plus petit, inférieur à 120 mm, typiquement de l'ordre de 80 mm, les nervures sont orientées parallèlement à la génératrice de l'enveloppe, c'est-à-dire parai- lèlement à l'axe X-X. Les nervures orientées dans cette direction ne s'opposent pas à la déformation par roulage du flan métallique. La création de nervures dans l'enveloppe externe du volume d'échappement n'augmente pas la masse de ce volume. De plus, le fait de rigidifier l'enveloppe externe du volume d'échappement a pour effet de réduire les émissions acoustiques provoquées par les vibrations de l'enveloppe externe. Ces vibrations résultent de la propagation d'excitations venant du moteur, ces excitations étant transmises par voie aérienne interne, c'est-à- dire par les gaz d'échappement, ou par voie solide, c'est-à-dire par les parois de la ligne d'échappement. Du fait que les nervures sont en saillie vers l'extérieur de l'enveloppe, elles ne gênent pas l'insertion des coupelles internes à l'intérieur du volume d'échap-5 pement. Le volume d'échappement peut présenter de multiples variantes. Deux modes de réalisation de l'invention ont été décrits ci-dessus dans les-quels les nervures de fixation du crochet étaient orientées soit dans le sens du roulage, soit parallèlement à la génératrice de l'enveloppe. Toutefois, les nervures 10 peuvent également être orientées en biais par rapport à ces deux directions. Elles peuvent former n'importe quel angle par rapport à ces deux orientations. Les nervures ne sont pas nécessairement de forme allongée et rectiligne, comme illustré sur les figures 1 et 2. Elles peuvent présenter toute sorte de for-mes, elliptiques, rectangulaires, carrées, en L, etc..., sous réserve d'assurer une 15 rigidification suffisante de l'enveloppe externe. L'enveloppe externe peut comporter une seule nervure, ou plus de deux nervures, par exemple trois, quatre ou même plus de quatre nervures. Les nervures ne sont pas nécessairement parallèles les unes aux autres. Ainsi, il est possible de disposer trois nervures en triangle ou quatre nervures en rectangle. 20 L'enveloppe externe peut être formée de tout type de matériaux, sous ré-serve que la formation des nervures soit possible, et que la fixation du crochet soit également possible. Ce matériau peut présenter diverses épaisseurs Les nervures ne sont pas nécessairement formées par emboutissage, mais peuvent être formées par tout type de procédé adapté, notamment par déforma- 25 tion à chaud ou à froid d'un flan de tôle. L'enveloppe externe peut présenter toute sorte de sections différentes des sections représentées sur les figures 1 et 2. Les bords axiaux de l'enveloppe externe peuvent être fixés l'un à l'autre non pas par sertissage, mais par soudage ou par tout autre procédé adapté. 30 Le volume d'échappement peut ne pas être de type roulé serti, mais par exemple être constitué de deux demi-coques embouties rigidement fixées l'une à l'autre par leurs bords périphériques. Le volume d'échappement n'est pas nécessairement un silencieux mais peut être par exemple un organe de purification catalytique des gaz d'échappement ou même un tronçon de tuyauterie. REVENDICATIONS 1. Volume d'échappement d'une ligne d'échappement de véhicule automobile, le volume d'échappement (1) comprenant une enveloppe externe (2) et un organe de fixation (8) apte à lier l'enveloppe externe (2) à une structure du véhi- cule, caractérisé en ce que l'enveloppe externe (2) comprend au moins une ner- vure (32, 34) à laquelle l'organe de fixation (8) est rigidement fixé. 2. Volume selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe ex-terne (2) comprend une région (16) dans laquelle ladite enveloppe externe (2) présente une épaisseur constante, la ou chaque nervure (32, 34) étant une zone de ladite région (16) faisant saillie vers l'extérieur de l'enveloppe externe (2). 3. Volume selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'enveloppe externe (2) est une enveloppe tubulaire roulée autour d'un axe central (X-X). 4. Volume selon la revendication 3, caractérisé en ce que la ou chaque nervure (32, 34) est ménagée dans une région (16) de l'enveloppe externe (2) pré- sentant un rayon de courbure supérieur à 120 millimètres et s'étend sensiblement dans un plan perpendiculaire à l'axe central (X-X) de l'enveloppe externe (2). 5. Volume selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la ou chaque nervure (32, 34) présente parallèlement à l'axe central (X-X) un encombrement inférieur à 150 millimètres. 6. Volume selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la ou chaque nervure (32, 34) présente une forme allongée suivant une direction principale et présente suivant la direction principale une longueur comprise entre 30 et 300 millimètres. 7. Volume selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la ou chaque nervure (32, 34) présente une hauteur comprise entre 2 et 20 millimètres. 8. Volume selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la ou chaque nervure (32, 34) présente un sommet plat (36, 38) sur lequel est rigidement fixé l'organe de fixation (8). 9. Volume selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'enveloppe externe (2) comprend deux nervures (32, 34) parallèles l'une à l'autre, l'organe de fixation (8) est rigidement fixé aux deux nervures (32, 34). 10. Procédé de fabrication d'un volume d'échappement (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, le procédé comprenant les étapes suivantes : - approvisionner un flan métallique (52) ; - emboutir le flan (52) pour créer la ou les nervures (32, 34) ; - rouler le flan (52) pour former l'enveloppe externe (2) ; - fixer l'organe de fixation (8) à la ou aux nervures (32, 34).