Brevet FR2935747A1 — publié le 20100312

Ligne d'échappement de véhicule automobile avec un tube soudé sur un volume d'échappement La présente invention concerne en général les lignes d'échappement de véhicules automobiles, et notamment les raccordements entre les différents organes des lignes d'échappement. Plus précisément, l'invention porte sur une ligne d'échappement de véhicules automobiles, du type comprenant : un volume d'échappement comportant un orifice ; - un tube délimitant un volume interne et présentant une partie d'extrémité soudée au volume d'échappement autour de l'orifice, de telle sorte que le volume interne communique avec l'orifice. Il est connu de réaliser un tirage canon d'une coupelle d'extrémité du volume d'échappement, autour de l'orifice. L'orifice est ainsi délimité par une partie sensiblement cylindrique de la coupelle, dans laquelle est engagée la partie d'extrémité du tube. Le bord libre du tirage canon est soudé à la partie d'extrémité du tube. La tenue mécanique d'une telle liaison entre le tube et la coupelle du volume d'échappement est souvent médiocre. Il peut se produire des fissures de fatigue en pied du cordon de soudure, c'est-à-dire à l'endroit où la surface libre du cordon de soudure se raccorde sur le tube. Dans ce contexte, l'invention vise à proposer une ligne d'échappement dans laquelle la liaison entre le tube et le volume d'échappement soit plus fiable. A cette fin, l'invention porte sur une ligne d'échappement du type précité, caractérisée à ce que ladite partie d'extrémité du tube comporte une zone en saillie vers l'extérieure du tube, la dite zone en saillie étant soudée sur l'enveloppe externe. La ligne d'échappement peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - ladite partie d'extrémité du tube comprend un tronçon tubulaire, et un tronçon s'évasant à partir du tronçon tubulaire, le tronçon évasé étant soudé sur le volume d'échappement et constituant la zone en saillie ; - ladite partie d'extrémité du tube comprend un tronçon tubulaire, et une collerette s'étendant à partir du tronçon tubulaire, la collerette étant soudée sur le volume d'échappement et constituant la zone en saillie ; - la zone en saillie est plaquée contre une zone de portée du volume d'échappement, la zone en saillie et la zone de portée présentant des formes complémentaires ; - la zone en saillie est plaquée contre une zone de portée du volume d'échappement, la zone de portée et la zone en saillie étant bombées vers l'extérieur du volume d'échappement ; - la zone en saillie est plaquée contre une zone de portée du volume d'échappement, la zone de portée et la zone en saillie présentent chacune une forme tronconique ; - la zone de portée et la zone en saillie présentent chacune une forme en portion de sphère ; - la zone en saillie présente un bord périphérique soudé le volume d'échappement ; - le volume d'échappement comprend une enveloppe tubulaire présentant au moins une extrémité ouverte, et une coupelle rigidement fixée à l'enveloppe tubulaire, la coupelle bouchant l'extrémité ouverte et portant l'orifice, la zone en saillie du tube étant soudée à la coupelle. - l'orifice présente un axe central qui coupe un bord périphérique de la coupelle. D'autres caractéristiques et avantages dans l'invention ressortiront de la description détaillée qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et non limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles : la figure 1 est une vue en coupe d'une partie d'une ligne d'échappement, montrant la liaison entre un tube et la coupelle d'extrémité d'un volume d'échappement ; - la figure 2 est vue similaire à celle de la figurel , pour une variante de réalisation dans laquelle le tube est orienté suivant une direction fortement inclinée par rapport à l'axe du volume d'échappement ; et la figure 3 est une vue similaire à celle de la figure 1, dans laquelle le tube a été légèrement désaxé par rapport au volume d'échappement de manière à rattraper des tolérances de fabrication. La ligne d'échappement 1 représentée à la figure 1 comporte, entre autre : - un volume d'échappement 3, comprenant une enveloppe tubulaire 13, deux coupelles 15 et un orifice 7 ménagé dans l'une des coupelles 15, un tube 9 présentant une partie d'extrémité 11 soudée à l'une des coupelles 15 autour de l'orifice 7. Le volume d'échappement 3 est par exemple un silencieux ou un organe de purification des gaz d'échappement. L'enveloppe tubulaire 13 est une enveloppe métallique, présentant un axe central C. Elle est ouverte à ses deux extrémités axiales opposées. Elle est par exemple cylindrique. Les deux coupelles d'extrémité 15 sont rigidement fixées à l'enveloppe tubulaire 13. Une seule est représentée sur la figure 1. Elles sont par exemple métalliques et sont soudées sur cette enveloppe tubulaire. Chaque coupelle 15 ferme l'une des extrémités ouverte de l'enveloppe tubulaire. Dans l'exemple de réalisation de la figure 1, la coupelle 15 est convexe vers l'extérieure du volume d'échappement 3. Elle présente par exemple la forme d'une calotte sphérique. L'ouverture 7 est ménagée au sommet de la calotte sphérique, et est alignée avec l'axe central C. Le tube 9 délimite un volume interne qui communique avec l'orifice 7. La partie d'extrémité 11 du tube comporte un tronçon tubulaire 17 et une zone 19 en saillie vers l'extérieur du tube. Le tronçon tubulaire 17 est cylindrique. Il est co-axial à l'enveloppe tubulaire 13. La zone en saillie 19 prolonge le tronçon tubulaire 17 vers le volume d'échappement 3 et fait saillie vers l'extérieur du tube à partir du tronçon tubulaire. Elle s'étend sur toute la périphérie du tronçon tubulaire 17. Dans l'exemple de réalisation de la figure 1, la zone en saillie 19 est un tronçon qui s'évase à partir du tronçon tubulaire cylindrique 17 vers l'extérieur du tube. Le tronçon évasé 19 est plaqué contre une zone de portée 21 de l'enveloppe, qui entoure l'orifice 7. Les zones 19 et 21 présentent par exemple des formes complémentaires. La zone 21 présente une forme en portion de sphère, entourant l'orifice 7. La zone 19 est une portion de sphère ou un tronc de cône. La zone 19 est délimitée à l'opposé du tronçon 17 par un bord périphérique 23 rigidement fixé sur la coupelle par un cordon de soudure 25. Le cordon de soudure 25 est de préférence à contour fermé. Les dimensions du tronçon évasé 19 sont choisies de telle sorte que la soudure 25 soit écartée de manière significative de la ligne 27 d'intersection entre le tronçon 17 et le tronçon évasé 19. Par exemple, la soudure 25 est écartée de la ligne 27 de telle sorte que le rapport entre le diamètre du cordon de soudure 25 et le diamètre de la ligne 27 est compris entre 1.2 et 1.8, et vaut par exemple 1.4. Le diamètre du bord 23 est égal au diamètre du cordon de soudure 25. La ligne d'intersection 27 est la zone la plus critique pour la tenue mécanique. La ligne d'échappement décrite ci-dessus présente de multiples avantages. Du fait que la partie d'extrémité du tube comporte une zone en saillie vers l'extérieur du tube, ladite zone en saillie étant soudée sur le volume d'échappement, la tenue mécanique de la liaison entre le tube et le volume d'échappement est améliorée. En effet, la soudure s'étend le long d'une ligne de plus grand diamètre que dans l'état de la technique. Dans l'état de la technique, le diamètre de la soudure correspond sensiblement au diamètre du tronçon tubulaire du tube. Dans l'invention, le diamètre de la soudure correspond au diamètre du bord périphérique de la partie évasée du tube, qui est significativement plus grand que le diamètre du tronçon tubulaire. Le diamètre de la soudure est un paramètre important pour la tenue mécanique de la liaison entre le tube et le volume d'échappement, notamment en terme de limite de fatigue. Par ailleurs, la soudure est éloignée de la ligne d'intersection entre le tronçon tubulaire et le tronçon évasé. La jonction entre ces deux tronçons est une zone critique, dans laquelle le tube présente un niveau de contrainte particulièrement élevé. Eloigner la soudure de l'intersection entre les deux tronçons contribue à augmenter la tenue mécanique de la liaison. Par ailleurs, le soudage du tube sur la coupelle est facilité, car la pièce qui supporte le bain de soudure est la coupelle, qui a une plus forte épaisseur que le tube. Des essais de fatigue ont permis de mettre en évidence le gain obtenu par l'invention, en termes de limite de fatigue, par comparaison avec une liaison par l'intermédiaire d'un tirage canon. Les essais ont été réalisés suivant la norme AFNOR, A 03-405, produit métallique - essais de fatigue. Une première série d'essais a été effectuée pour un tube lié un volume d'échappement par l'intermédiaire d'un tirage canon. Une seconde série d'essais a été effectuée pour un tube lié à l'enveloppe externe d'un volume d'échappement comme décrit ci-dessus (figure 1). Les limites de fatigue 1 million de cycles pour chacune des deux séries d'essais ont été déterminées. Les essais ont montrés que la limite de fatigue pour la liaison réalisée conformément à l'invention était de 2,5 fois celle de la liaison obtenue par tirage canon, et ceci pour des diamètres de tubes, des matières des épaisseurs et des températures identiques. Cette valeur peut varier mais reste toujours supérieure à 1. La ligne d'échappement décrite ci-dessus peut présenter de multiples variantes. La coupelle 15 peut ne pas présenter la forme d'une calotte sphérique, mais plutôt une forme tronconique. Dans ce cas, la coupelle tronconique 15 est co-axiale à l'axe C. Elle va en se rétrécissant depuis la partie tubulaire 13 jusqu'au tube 9. L'orifice 7 est délimité par l'extrémité de petit diamètre de la coupelle tronconique 15. Le tronçon évasé 19 présente lui aussi une forme tronconique et est plaqué contre la zone de la coupelle 15 entourant l'orifice 7. Dans une autre variante de réalisation illustrée sur la figure 2, le tronçon tubulaire 17 du tube 9 présente un axe central C' fortement incliné par rapport à l'axe central C de la partie tubulaire du volume d'échappement. L'axe C'est également l'axe central de l'orifice 7, c'est-à-dire l'axe qui passe par le centre de l'orifice 7 et qui est normal à l'orifice 7. Par exemple, l'axe C' forme un angle de 60° par rapport à l'axe C. Dans ce cas, l'orifice 7 n'est pas placé au sommet de la coupelle en calotte sphérique 15, sur l'axe C. Au contraire, l'orifice 7 est décalé vers le bord périphérique de la coupelle 15, c'est-à-dire vers la partie tubulaire 13 de l'enveloppe externe. Les axes C et C' peuvent par exemple se couper au centre géométrique A de la sphère sur laquelle s'inscrit la coupelle 15 en forme de calotte sphérique. Le fait de réaliser la liaison entre le tube et le volume d'échappement par l'intermédiaire d'une zone en saillie du tube permet d'incliner fortement le tube par rapport à l'axe de l'enveloppe tubulaire du volume d'échappement. Notamment, il est possible de disposer le tube suivant une direction telle que l'axe central C' de l'orifice coupe le bord périphérique de la coupelle (situation de la figure 2). Une telle inclinaison n'est pas possible dans le cas d'une liaison réalisée entre un tirage canon de la coupelle et le tube. En effet, pour réaliser le tirage canon, il est nécessaire d'accéder par l'intérieur à la coupelle, suivant l'axe de l'orifice. Cet accès n'est pas possible si une des génératrices intérieures du tube coupe un bord périphérique de la coupelle, et que l'orifice de la coupelle est trop petit par rapport à l'outil de façonnage du tirage canon. Comme le montre la figure 3, il est possible, pour rattraper des tolérances de fabrication de la ligne d'échappement, d'incliner l'axe B du tube 9 par rapport à l'axe central B' de l'orifice 7. Ceci peut être réalisé avant soudage, en disposant le tube de manière légèrement désaxée par rapport à l'orifice. La zone en saillie 19 du tube est ensuite soudé à la coupelle tout en maintenant le tube en position désaxée. Sur la figure 3, l'axe B' est confondu avec l'axe central C de la partie tubulaire 13, mais ce n'est pas toujours la cas. La zone en saillie du tube peut présenter de multiples formes. Elle peut être, comme décrit ci-dessus en forme de tronçon évasé. Elle peut également présenter la forme d'une collerette s'étendant vers l'extérieur du tube à partir d'une extrémité du tronçon tubulaire de ce tube. La zone en saillie peut présenter un bord périphérique circulaire, ovale, rectangulaire, ou peut présenter un bord périphérique ayant n'importe quelle autre forme. Ce bord périphérique peut être en créneau, peut former des S, ou encore peut présenter toute sorte de découpe régulière ou irrégulière. La zone de portée contre laquelle est appliquées la zone en saillie peut être plane. Dans ce cas, la zone en saillie présente la forme d'une collerette plane, comme décrit ci-dessus. La zone de portée peut jouxter l'ouverture. Alternativement, la zone de portée peut entourer l'ouverture mais être placée à distance de celle-ci. Ce sera le cas notamment pour un tube présentant une section interne nettement plus grande que la section de l'orifice. La zone en saillie du tube peut être entièrement plaquée contre le volume d'échappement. Alternativement, elle peut ne pas être entièrement plaquée contre le volume d'échappement, comme illustré sur les figures 1 à 3. Par exemple, seule une portion de la zone en saillie située le long de son bord périphérique peut être plaquée contre le volume d'échappement. La coupelle recevant la zone en saillie du tube peut être plate, bombée vers l'extérieur du volume d'échappement, ou présenter toute sorte de forme. Elle peut être, comme décrit ci-dessus, en forme de calotte de sphère ou en forme tronconique. Elle peut présenter une forme ellipsoïde ou toute autre forme. Le tube et le coupelle du volume d'échappement sont réalisés dans des matériaux métalliques susceptibles d'être soudés l'un à l'autre. Ils peuvent être réalisés chacun en aluminium, en alliage d'aluminium, en acier ou dans tout autre métal adapté. Le volume d'échappement peut être un silencieux, un organe de purification des gaz d'échappement, mais peut aussi être n'importe quel autre volume de la ligne d'échappement, par exemple une simple tuyauterie. Le tube peut être prévu pour le passage des gaz d'échappement, mais aussi pour le passage de n'importe quel autre fluide, liquide ou gaz. L'enveloppe tubulaire du volume d'échappement peut présenter toute sorte de section. Elle est par exemple cylindrique et peut être roulée. Elle peut être non cylindrique, de section rectangulaire, ovale, elliptique etc. Le volume d'échappement peut également ne pas comporter d'enveloppe tubulaire fermée à ses deux extrémités par deux coupelles. Elle peut comporter deux demi-coquilles assemblées l'une à l'autre. Dans ce cas, l'orifice est ménagé dans l'une des demi-coquilles. La zone en saillie peut être obtenue par tout moyen adapté. Elle peut être obtenue en déformant l'extrémité du tube. Elle peut être obtenue en rapportant une pièce en bout du tronçon tubulaire. REVENDICATIONS1.- Ligne d'échappement de véhicule automobile, la ligne d'échappement (1) comprenant : - un volume d'échappement (3) comportant un orifice (7), - un tube (9) délimitant un volume interne et présentant une partie d'extrémité (11) soudée au volume d'échappement (3) autour de l'orifice (7), de telle sorte que le volume interne communique avec l'orifice (7), caractérisée en ce que ladite partie d'extrémité (11) du tube (9) comporte une zone (19) en saillie vers l'extérieur du tube (9), ladite zone en saillie (19) étant soudée sur le volume d'échappement (3). 2. Ligne d'échappement selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite partie d'extrémité (11) du tube (9) comprend un tronçon tubulaire (17), et un tronçon (19) s'évasant à partir du tronçon tubulaire (17), le tronçon évasé (19) étant soudé sur le volume d'échappement (3) et constituant la zone en saillie. 3. Ligne d'échappement selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite partie d'extrémité (11) du tube (9) comprend un tronçon tubulaire (17), et une collerette s'étendant à partir du tronçon tubulaire (17), la collerette étant soudée sur le volume d'échappement (3) et constituant la zone en saillie. 4. Ligne d'échappement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la zone en saillie (19) est plaquée contre une zone de portée (21) du volume d'échappement (3), la zone en saillie (19) et la zone de portée (27) présentant des formes complémentaires. 5. Ligne d'échappement selon la revendication 4, caractérisée en ce que la zone en saillie (19) est plaquée contre une zone de portée (21) du volume d'échappement (3), la zone de portée (21) et la zone en saillie (19) étant bombées vers l'extérieur du volume d'échappement (3). 6. Ligne d'échappement selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que la zone en saillie (19) est plaquée contre une zone de portée (21) du volume d'échappement (3), la zone de portée (21) et la zone en saillie (19) présentent chacune une forme tronconique. 9 7. Ligne d'échappement selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que la zone de portée (21) et la zone en saillie (19) présentent chacune une forme en portion de sphère. 8. Ligne d'échappement selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, 5 caractérisée en ce que la zone en saillie (19) présente un bord périphérique (23) soudé sur le volume d'échappement (3). 9. Ligne d'échappement selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le volume d'échappement (3) comprend une enveloppe tubulaire (13) présentant au moins une extrémité ouverte, et une coupelle (15) 10 rigidement fixée à l'enveloppe tubulaire (13), la coupelle (15) bouchant l'extrémité ouverte et portant l'orifice (7), la zone en saillie (19) du tube (9) étant soudée à la coupelle (15). 10. Ligne d'échappement selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'orifice (7) présente un axe central qui coupe un bord périphérique de la coupelle 15 (15).