Brevet FR2985774A1 — publié le 20130719

Volume d'échappement à double paroi et procédé de fabrication correspondant La présente invention concerne en général les volumes d'échappement pour véhicules automobiles. Plus précisément, l'invention concerne selon un premier aspect un volume d'échappement du type comprenant : au moins un conduit d'échappement délimité par une paroi comprenant un tronçon terminal ; au moins une bride comportant une face d'appui, la bride délimitant au moins une entrée de gaz d'échappement communiquant avec le conduit d'échappement, l'entrée de gaz d'échappement étant délimitée par un canon lié à la bride, le canon étant joint au tronçon terminal. Un tel volume d'échappement est connu de la demande de brevet déposée sous le n ° FR 11 59216. Cette demande décrit un collecteur d'échappement dans lequel des ondes peuvent être facilement agencées. Le collecteur décrit dans cette demande comprend un conduit d'échappement et une bride, la bride comportant un canon composé d'un premier tronçon prolongé par un second tronçon d'épaisseur inférieure au premier tronçon, et raccordé à la paroi du conduit d'échappement. Le second tronçon de la bride et la paroi du conduit d'échappement sont typiquement solidarisés l'un à l'autre par brasage. La paroi du conduit d'échappement recouvre le second tronçon sur toute la hauteur dudit second tronçon. Du fait de la grande taille du recouvrement, le brasage permet une liaison particulièrement résistante des premier et second canons l'un à l'autre. Toutefois, la demande de brevet n° FR 11 59216 ne décrit pas comment réaliser la liaison du conduit au canon quand le canon est entouré d'une double enveloppe de refroidissement, ou plus généralement d'un col extérieur. Dans ce contexte, l'invention vise à proposer un volume d'échappement permettant de résoudre le problème énoncé ci-dessus. A cet effet, l'invention a pour objet un volume d'échappement des gaz de combustion issus d'un moteur de véhicule automobile du type précité, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un col extérieur joint au tronçon terminal, le tronçon terminal étant disposé entre la bride et le col extérieur, le tronçon terminal étant percé d'au moins un trou entre la bride et le col extérieur, le tronçon terminal, la bride et le col extérieur étant solidarisés par l'apport d'un matériau. Il est ainsi possible d'obtenir une liaison solide et résistante entre le canon, le col extérieur et le conduit. En effet, le métal d'apport est d'abord inflitré côté intérieur du conduit, dans l'interstice situé entre le conduit et le canon, il s'infiltre ensuite dans le trou, puis côté extérieur du conduit, dans l'interstice situé entre le conduit et le col extérieur. Ainsi, le trou permet un passage aisé du côté intérieur au côté extérieur, entre les deux interstices. De plus, la présence du trou permet au métal d'apport de s'insérer facilement entre les interstices. La solidarisation de la bride, du tronçon terminal et du col extérieur est ainsi facilitée. Le volume d'échappement est, par exemple, un collecteur d'échappement. En variante, le volume d'échappement est un organe de purification des gaz d'échappement, ou un silencieux. Typiquement, le volume d'échappement est un élément de la partie chaude de la ligne d'échappement. De manière avantageuse, le trou est formé dans le tronçon terminal de la paroi du conduit d'échappement. Par exemple, le trou est cylindrique et présente une section de forme ovale ou oblongue. La section présente, par exemple, un diamètre long de quelques millimètres. En variante, plusieurs trous sont répartis autour du tronçon terminal. La bride est typiquement commune à toutes les entrées de gaz d'échappement, comme décrit dans la demande de brevet n° FR 11 59216. Elle délimite ainsi une pluralité d'entrées de gaz d'échappement, une au moins pour chaque sortie de gaz d'échappement du bloc moteur. En variante, le volume d'échappement comporte plusieurs brides, par exemple une pour chaque sortie d'échappement du bloc moteur. Dans tous les cas, chaque bride est une plaque de faible épaisseur, en un matériau métallique. Ce matériau est typiquement de l'acier inoxydable, par exemple de l'acier austénitique. Chaque bride présente une épaisseur comprise entre 1 et 4 mm, valant par exemple 2.5 mm. La ou chaque bride est typiquement appuyée par sa face d'appui contre le bloc moteur, directement ou avec interposition d'un joint. Chaque entrée de gaz d'échappement est placée en vis-à-vis d'une sortie de gaz d'échappement ménagée dans le bloc moteur, par laquelle s'échappe les gaz provenant des différentes chambres de combustion du moteur. En variante, la ou chaque bride peut être appuyée contre un autre élément du circuit d'échappement. Le canon est formé dans la bride, au sens où le canon est venu de matière avec la bride. En variante, le canon peut être relié à la bride par un moyen de raccordement. Le canon a par exemple une forme générale cylindrique, de section typiquement circulaire. La bride comporte une partie sensiblement plane, plaquée par exemple contre le bloc moteur, dans laquelle est percée l'entrée. Le canon fait saillie par rapport à cette partie plane, d'un côté de la partie plane opposé au bloc moteur ou à l'élément du circuit d'échappement. Le canon présente un axe central sensiblement perpendiculaire à la partie plane de la bride. Le matériau est typiquement apporté par brasage. La paroi du conduit d'échappement présente un tronçon terminal. Le tronçon terminal est, par exemple, venu de matière avec la paroi du conduit d'échappement. En variante, le tronçon terminal peut être lié à la paroi du conduit d'échappement par un moyen de raccordement. Le tronçon terminal présente de préférence une extrémité évasée. La partie concave de l'extrémité évasée est disposée du côté opposé au conduit d'échappement, la partie convexe étant tournée vers l'intérieur du conduit d'échappement. Le col extérieur est en appui sur l'extrémité évasée du tronçon terminal. Plus précisément, le col extérieur repose sur la partie concave de l'extrémité évasée. Par ailleurs, le canon comporte un premier tronçon prolongé par un second tronçon d'épaisseur inférieure au premier tronçon, le canon comportant un épaulement entre les premier et second tronçons, l'extrémité évasée étant en appui sur l'épaulement. L'épaisseur du second tronçon est, par exemple, comprise entre 0.5 mm et 3 mm, et vaut préférentiellement 1.25 mm. Ainsi, le col extérieur repose sur l'extrémité évasée de la paroi du conduit d'échappement, ladite extrémité évasée reposant elle-même sur l'épaulement de la bride. Ainsi, un bon positionnement des pièces est assuré. De plus, cette caractéristique autorise une tolérance sur la longueur totale du volume d'échappement. En outre, le premier tronçon est intercalé entre le second tronçon et la partie plane. Le second tronçon est disposé vers le conduit d'échappement par rapport au premier tronçon. Par ailleurs, du fait de la moindre épaisseur du second tronçon, le chauffage nécessaire pour infiltrer le métal d'apport est réduit de telle sorte que le risque de déformer à cette étape la surface d'appui de la bride est réduit. Il est très important de conserver la planéité de la surface d'appui pour permettre une bonne fixation de la bride. Le tronçon terminal, le second tronçon et le col extérieur ont avantageusement sensiblement la même épaisseur. Ainsi, le chauffage dû au brasage n'entraîne pas d'interstice entre les différentes pièces du volume d'échappement. L'écartement radial entre le tronçon terminal et le col extérieur est inférieur à 0.2 mm. En outre, l'écartement radial entre le tronçon terminal et le second tronçon est compris entre 0.05 mm et 0.45 mm. On entend par « écartement radial » la distance radiale séparant le col extérieur du tronçon terminal d'une part, et la distance radiale séparant le second tronçon de la bride et le tronçon terminal d'autre part. Ces faibles valeurs d'écartement radial permettent une meilleure résistance du volume d'échappement, et une meilleure étanchéité. Ceci est particulièrement important quand le col extérieur fait partie d'une double enveloppe de circulation d'un fluide de refroidissement. Ceci résulte notamment du fait que ces trois pièces - col extérieur, canon, conduit - ont sensiblement la même épaisseur. Le fait que le canon présente un second tronçon d'épaisseur réduite est avantageux dans ce contexte, car le chauffage nécessaire pour infiltrer le métal d'apport est réduit. Comme décrit ci-dessus, le col extérieur et la bride forment une double enveloppe délimitant un espace prévu pour la circulation d'un liquide de refroidissement. La double enveloppe comporte une paroi extérieure sensiblement parallèle à la bride et un col extérieur pour chaque conduit, qui se dresse par rapport à la paroi extérieure. Le col extérieur est placé autour du conduit correspondant. Le col extérieur est coaxial au conduit d'échappement. Le liquide de refroidissement est, par exemple, de l'eau ou de l'air. La solidarisation par brasage telle que décrite précédemment évite alors toute fuite du liquide de refroidissement, et confère au volume d'échappement une excellente étanchéité. Selon un second aspect, l'invention porte sur un procédé de fabrication d'un collecteur d'échappement ayant les caractéristiques ci-dessus. Le procédé comporte les étapes suivantes : déformer le col extérieur ; percer un trou dans le tronçon terminal ; positionner l'entrée du conduit d'échappement en face de la bride ; solidariser la bride, le tronçon terminal et le col extérieur par l'apport d'un matériau. Selon cette technique, le col extérieur est déposé contre une matrice en forme de creux présentant des bords arrondis correspondants à une forme intermédiaire du col extérieur à réaliser. Le col extérieur est déformé à l'aide d'un poinçon. Le poinçon est appliqué contre le bord arrondi de la matrice, à l'entrée du creux. Le poinçon est inséré dans le creux de la matrice et permet de donner au col sa forme intermédiaire. Sous l'effet de la pression appliquée par le poinçon, le col extérieur se déforme et se plie. Ainsi le col extérieur adopte une forme sensiblement arrondie, le bord de la matrice étant incliné à environ 45° par rapport au plan horizontal. La bride est formée conformément à l'étape de formation de la bride décrite dans la demande de brevet n° FR 11 59216. Le tronçon terminal de la paroi du conduit d'échappement est ensuite perçé. Cette étape est réalisée en utilisant une matrice et un poinçon de formes différentes de la matrice et du poinçon utilisés à l'étape de déformation du col extérieur. La matrice présente sensiblement le même diamètre que le conduit d'échappement. La matrice est insérée à l'intérieur du conduit d'échappement, au niveau du tronçon terminal. Un poinçon est ensuite placé à l'extérieur de la paroi du conduit d'échappement, au niveau du tronçon terminal, en face de la matrice. Sous l'effet de la pression exercée sur le poinçon, le tronçon terminal se perce et forme alors un trou. L'entrée du conduit d'échappement est positionnée en face de la bride. Ainsi, l'extrémité évasée de la paroi du conduit d'échappement fait face à l'épaulement de la bride de manière à ce que l'extrémité évasée puisse reposer sur la bride. La bride, le tronçon terminal, et le col extérieur sont solidarisés par l'apport d'un matériau. Des moyens de chauffage sont disposés à l'intérieur du conduit d'échappement, au niveau du tronçon terminal de la paroi du conduit d'échappement. Le matériau d'apport est amené à l'entrée de l'interstice situé entre la bride et le tronçon terminal. Sous l'effet de la chaleur, le matériau fond et s'infiltre dans l'interstice. Ainsi, selon l'invention, on infiltre d'abord le matériau entre la bride et le tronçon terminal, puis dans le trou, puis entre le tronçon terminal et le col extérieur. Le procédé peut également comporter les étapes suivantes : former l'extrémité évasée ; prépositionner l'extrémité évasée sur le col extérieur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux Figures annexées, parmi lesquelles : la Figure 1 est une vue en coupe axiale d'un volume d'échappement conforme à l'invention ; la Figure 2 est une vue agrandie, en coupe, d'une partie du volume d'échappement de la Figure 1 ; la Figure 3 est une représentation schématique de l'étape de déformation du col extérieur ; la Figure 4 est une représentation schématique de l'étape de perçage du trou dans le tronçon terminal ; la Figure 5 est une représentation schématique de l'étape de prépositionnement de l'extrémité évasée sur le col extérieur ; la Figure 6 est une représentation schématique de l'étape de formation de l'extrémité évasée ; la Figure 7 est une représentation schématique de l'étape de positionnement de l'entrée du conduit d'échappement en face de la bride ; la Figure 8 est une représentation schématique de l'étape de solidarisation de la bride, du tronçon terminal et du col extérieur. Le collecteur 1 représenté sur la Figure 1 est prévu pour collecter les gaz d'échappement provenant des sorties des chambres de combustion du moteur 5, appelé aussi bloc moteur. Le collecteur 1 comprend : une pluralité de conduits d'échappement 2 ; une bride 3 ayant une face d'appui 4 prévue pour être appuyée contre le moteur 5, la bride délimitant une pluralité d'entrées de gaz d'échappement 6 ; une pluralité de cols extérieurs 7. une sortie de gaz d'échappement non représentée qui communique avec les conduits d'échappement 2. Les conduits d'échappement 2 guident les gaz d'échappement depuis les entrées 6 jusqu'à la sortie. Ils comportent chacun une paroi tubulaire 9. La paroi tubulaire 9 délimite un passage de circulation des gaz d'échappement depuis les entrées 6 jusqu'à la sortie. Les parties amonts des conduits 2 sont sensiblement rectilignes, et perpendiculaires à la face d'appui 4 de la bride. Les conduits 2 s'étendent autour d'un axe longitudinal X matérialisé sur la Figure 1. L'axe X est sensiblement perpendiculaire à la face d'appui 4. La paroi 9 est en acier inoxydable, par exemple en acier austénitique. La bride 3 est une plaque plane, en acier inoxydable, par exemple en acier austénitique. Les entrées 6 sont ménagées dans la bride 3. La bride 3 est disposée de telle sorte que les entrées 6 sont placées en coïncidence avec les sorties de gaz d'échappement. Comme visible sur la Figure 2, chaque entrée 6 est délimitée par un canon 10 formé dans la bride 3. Le canon 10 fait saillie par rapport à la bride 3 vers le conduit 2, c'est-à-dire à l'opposé de la surface d'appui 4. Par ailleurs, le conduit 2 présente un orifice d'entrée 12, la paroi 9 présentant un tronçon terminal 11 délimitant l'orifice d'entrée 12. L'orifice d'entrée 12 est placé en vis-à-vis de l'entrée de gaz d'échappement 6 correspondante. Le tronçon terminal 11 présente un diamètre légèrement supérieur au diamètre du conduit 2. Ainsi, la paroi 9 et le canon 10 sont dans le prolongement l'un de l'autre. Cette différence de diamètre fait apparaître un épaulement extérieur 31. Chaque tronçon terminal 11 coopère avec le canon 10 de l'entrée correspondante pour délimiter un passage étanche pour les gaz d'échappement depuis l'entrée 6 jusqu'à l'orifice d'entrée 12 correspondant. Comme illustré sur la Figure 2, le tronçon terminal 11 présente une épaisseur de paroi sensiblement égale à l'épaisseur de la paroi 9. Considéré en coupe perpendiculairement à l'axe central X de l'entrée 6, le tronçon terminal 11 présente une section sensiblement circulaire. Le tronçon terminal 11 présente une extrémité évasée 16. La partie concave de l'extrémité évasée 16 est disposée du côté opposé au conduit 2, la partie convexe étant tournée vers l'intérieur dudit conduit 2. Comme visible sur la Figure 2, le col extérieur 7 est disposé en appui sur l'extrémité évasée 16 du tronçon terminal 11. En outre, le tronçon terminal présente un trou 23 situé entre le col extérieur 7 et la bride 3. Par ailleurs, le canon 10 comprend un premier tronçon 13 de plus forte épaisseur vers la bride 3, prolongé par un second tronçon 14 de moins forte épaisseur vers le conduit 2. Le premier tronçon 13 présente sensiblement la même épaisseur que la bride 3. Le second tronçon 14 présente une épaisseur correspondant sensiblement à l'épaisseur de la paroi 9. Les premier et second tronçons 13 et 14 sont raccordés l'un à l'autre par un épaulement 15. L'épaulement 15 délimite une surface annulaire, sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal X de l'entrée 6. Ainsi, le col extérieur 7 repose sur l'extrémité évasée 16 de la paroi du conduit 2, ladite extrémité évasée 16 reposant elle-même sur l'épaulement 15 de la bride 3. Le procédé de fabrication du volume d'échappement décrit ci-dessus va maintenant être détaillé, en référence aux Figures 3, 4, 5, 6, 7 et 8. Le procédé comprend les étapes suivantes : - déformer le col extérieur ; - percer un trou dans le tronçon terminal ; - positionner l'entrée du conduit d'échappement en face de la bride ; - solidariser la bride, le tronçon terminal et le col extérieur par l'apport d'un matériau. L'étape de déformation du col extérieur 7 est illustrée sur la Figure 3. Cette étape est réalisée par poinçonnage à l'aide d'une matrice 17 et d'un poinçon 19. La matrice 17 est en forme de creux et présente des bords arrondis 18. Le poinçon 19 présente une partie sensiblement tronconique 20. Le col est positionné sur le bord arrondi 18 de la matrice 17. Le poinçon 19 est appliqué à l'entrée du creux contre le bord arrondi 18 de la matrice 17 puis est inséré dans le creux de la matrice 17 et permet de donner au col une forme intermédiaire. Sous l'effet de la pression appliquée par le poinçon 19, le col extérieur 7 se déforme et se plie pour atteindre sa forme intermédiaire. La Figure 4 illustre l'étape de perçage d'un trou dans le tronçon terminal. Cette étape est réalisée en utilisant une matrice 21 et un poinçon 22 de formes différentes de la matrice 17 et du poinçon 19 utilisés à l'étape de déformation du col extérieur 7. La matrice 21 présente sensiblement le même diamètre que le conduit 2. La matrice 21 est insérée à l'intérieur du conduit 2, au niveau du tronçon terminal 11. Le poinçon 22 est disposé à l'extérieur du conduit 2, en contact avec le côté extérieur de la paroi. Le poinçon 22 est placé à la hauteur du tronçon terminal 11, en face de la matrice 21. Une pression est exercée radialement sur le poinçon 22 vers l'intérieur du conduit 2. Sous l'effet de cette pression, le tronçon terminal 11 se perce et forme le trou 23. Le procédé comporte une étape de prépositionnement de l'extrémité évasée 16 sur le col extérieur 7. Cette étape est représentée sur la Figure 5. Le col extérieur 7 est positionné contre la paroi 9, au niveau du tronçon terminal 11, en face du trou 23. Le procédé comporte également une étape de formation de l'extrémité évasée illustrée sur la Figure 6. Cette étape est réalisée elle aussi avec une matrice 27 coopérant avec un poinçon 28. La matrice 27 présente un orifice 29. La matrice 27 comprend également des bords arrondis 30 destinés à donner au col extérieur 7 sa forme finale. Le poinçon 28 présente un diamètre irrégulier. La tête du poinçon 28 présente un diamètre correspondant au diamètre du conduit 2. La forme de la partie restante du poinçon est de forme conjuguée de celle du tronçon terminal 11 et de l'extrémité évasée 16. Sous l'effet de la pression appliquée par le poinçon, le col extérieur 7 et le tronçon terminal 7 se déforment. Le col extérieur 7 adopte une forme arrondie, le bord de la matrice étant incliné à environ 90° par rapport au plan horizontal. Le tronçon terminal 11 adopte sa forme finale faisant apparaître le coude de l'extrémité évasée 16. La Figure 7 illustre l'étape de positionnement de l'entrée du conduit 2 en face de la bride 3. Le positionnement du conduit 2 en face de la bride 3 est effectué de sorte que l'extrémité évasée 16 fait face à l'épaulement 15 de manière à ce que ladite extrémité évasée 16 puisse se reposer sur cet épaulement 15. Par ailleurs, le conduit 2 et la bride 3 sont positionnés de manière à ce que le trou 23 soit situé entre le second tronçon 14 et le col extérieur 7. L'étape de solidarisation de la bride 3, du tronçon terminal 11 et du col extérieur 7 est représentée sur la Figure 8. Cette étape peut s'effectuer, par exemple, sous un gaz de protection. Des moyens de chauffage 24 sont disposés à l'intérieur du conduit 2, au niveau du tronçon terminal 11. Le matériau d'apport 25 est amené à l'entrée de l'interstice 26 situé entre le second tronçon 14 et le tronçon terminal 11. Le matériau d'apport est logé côté intérieur du conduit 2, contre l'épaulement 31 situé entre l'orifice d'entrée 12 et la paroi 9. Le matériau d'apport 25 se présente, par exemple, sous la forme d'un anneau solide. Sous l'effet de la chaleur, le matériau d'apport 25 fond et s'infiltre dans l'interstice 26. Le matériau d'apport 25 s'infiltre entre la bride 3 et le tronçon terminal 11, dans le trou 23, puis entre le tronçon terminal 11 et le col extérieur 7. REVENDICATIONS1.- Volume (1) d'échappement des gaz de combustion issus d'un moteur (5) de véhicule automobile comprenant : au moins un conduit d'échappement (2) délimité par une paroi (9) comprenant un tronçon terminal (11) ; au moins une bride (3) comportant une face d'appui (4), la bride (3) délimitant au moins une entrée (6) de gaz d'échappement communiquant avec le conduit d'échappement (2), l'entrée (6) de gaz d'échappement étant délimitée par un canon (10) lié à la bride (3), le canon (10) étant joint au tronçon terminal (11) ; au moins un col extérieur (7) joint au tronçon terminal (11) ; le tronçon terminal (11) étant disposé entre la bride (3) et le col extérieur (7), le tronçon terminal (11) étant percé d'au moins un trou (23) entre la bride (3) et le col extérieur (7), le tronçon terminal (11), la bride (3) et le col extérieur (7) étant solidarisés par l'apport d'un matériau (25). 2.- Volume (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tronçon terminal (11) présente une extrémité évasée (16), le col extérieur (7) étant en appui sur l'extrémité évasée (16). 3.- Volume (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le canon (10) comporte un premier tronçon (13) prolongé par un second tronçon (14) d'épaisseur inférieure au premier tronçon (13), le canon (10) comportant un épaulement (15) entre les premier et second tronçons (13, 14), l'extrémité évasée (16) étant en appui sur l'épaulement (15). 4.- Volume (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tronçon terminal (11), le second tronçon (14) et le col extérieur (7) ont sensiblement la même épaisseur. 5.- Volume (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'écartement radial entre le tronçon terminal (11) et le col extérieur (7) est inférieur à 0.2 mm. 6.- Volume (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'écartement radial entre le tronçon terminal (11) et le second tronçon (14) est compris entre 0.05 mm et 0.45 mm. 7.- Volume (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le col extérieur (7) et la bride (3) forment une double enveloppe délimitant un espace prévu pour la circulation d'un liquide de refroidissement. 8.- Procédé de fabrication d'un volume (1) d'échappement selon l'une quelconque des revendications précédentes, le procédé comprenant les étapes suivantes :- déformer le col extérieur (7) ; - percer un trou (13) dans le tronçon terminal (11) ; - positionner l'entrée (6) du conduit d'échappement (2) en face de la bride (3) ; - solidariser la bride (3), le tronçon terminal (11) et le col extérieur (7) par l'apport d'un matériau (25). 9.- Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le matériau (25) s'infiltre entre la bride (3) et le tronçon terminal (11), dans le trou (23) puis entre le tronçon terminal (11) et le col extérieur (7) par capillarité. 10.- Procédé selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de formation de l'extrémité évasée (16). 11.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 8, 9 ou 10, caractérisé en ce que l'extrémité évasée (16) est prépositionnée sur le col extérieur (7).