Brevet FR3086331A1 — publié le 20200327

SUSPENTE D'ECHAPPEMENT RENFORCEE, ET PROCEDE DE FABRICATION DE CELLE-CI L'invention a trait au domaine des suspentes des tubulures d'échappement de véhicules automobiles. La présente invention se rapporte à une suspente d'échappement en plastique renforcée à base de fibres longues et/ou continues, et à un procédé de fabrication de ladite suspente. On entend par suspente d'échappement, la pièce ou l'ensemble de pièces qui permet de relier, sous la caisse d'un véhicule, une ligne d'échappement à la caisse dudit véhicule. En référence à la figure la, une ligne d'échappement 100 s'étend le long du véhicule (non représenté) et/ou comprend plusieurs tubulures d'échappement. Plusieurs suspentes d'échappement 101 sont en général nécessaires pour suspendre l'ensemble de la ligne d'échappement 100. En référence à la figure lb, une suspente d'échappement 101 est destinée à recevoir une patte d'assemblage 142 fixée à une tubulure d'échappement 140. En général la patte d'assemblage se présente sous la forme d'un tronçon cylindrique qui, d'une part, est soudée à une tubulure d'échappement, et d'autre part, est logée par coulissement dans un élément en caoutchouc lié à un corps de suspente, voir figure lb. Historiquement, les corps de suspente d'échappement sont métalliques (acier ou aluminium). Depuis peu, il existe des corps de suspente d'échappement en plastique pour les zones les moins soumises aux contraintes thermiques. Ces corps sont fabriqués par moulage ou injection de matière plastique mono-matière. Le matériau plastique présente l'avantage d'alléger les composants des véhicules automobiles actuels. En référence aux figures 2a, 2b et 2c il représenté une suspente d'échappement 101 de l'art antérieur comprenant : -2- - un corps de suspente 110 en plastique mono-matière, comprenant une partie de fixation formée par une ouverture de fixation 112 pour fixer ladite suspente à la caisse d'un véhicule et une partie de suspension formée par une ouverture de suspension 111 pour suspendre une tubulure 5 d'échappement, - un élément en caoutchouc 115 logé dans l'ouverture 111 de la partie de suspension, de façon que la tubulure d'échappement est suspendue par l'intermédiaire de l'élément en caoutchouc de la suspente, voir figure lb. Une douille 116 (voir figure 2b), logée dans l'ouverture de fixation 112 est en outre prévue pour éviter l'écrasement du corps de suspente lors du vissage sur la caisse du véhicule. Bien que satisfaisant, il est désireux d'alléger encore ce type de 15 suspente d'échappement tout en améliorant ses propriétés mécaniques. Selon un premier aspect de l'invention, il est proposé une suspente d'échappement pour tubulure d'échappement de véhicule automobile, destinée à relier entre eux une tubulure d'échappement et la caisse d'un 20 véhicule automobile, comprenant : - un corps de liaison élastique agencé pour recevoir une patte d'assemblage d'une tubulure d'échappement de manière à suspendre ladite tubulure, - un corps de suspente rigide en plastique agencé pour être fixé à la 25 caisse d'un véhicule automobile, le corps de suspente comprenant une ouverture de suspension dans laquelle est disposé le corps de liaison élastique. Selon l'invention, la suspente d'échappement comprend une armature de renfort comprenant un matériau composite renforcé de fibres longues et/ou continues. -3- La présente invention permet de diminuer la quantité de matière nécessaire pour fabriquer le corps de suspente et donc d'alléger la suspente par rapport aux suspentes de l'art antérieur. En outre, une suspente d'échappement selon l'invention possède une 5 tenue mécanique considérablement accrue, en particulier lors de sollicitation en traction, par rapport aux suspentes de l'art antérieur qui ne sont pas renforcées. En effet, une pièce mono-matière réalisée en injection plastique, comme décrit au-dessus, génère des lignes de soudure ou de recollement à l'interface entre chaque flux matière lors de leurs jonctions ; ceci est lié à 10 l'orientation des fibres de verres qui ne sont plus dans le sens du flux mais perpendiculaires au flux. Or ces zones de recollement sont situées dans des zones sollicitées mécaniquement (dites zones fragiles) lorsque la suspente est mis en place ou en service. Une suspente d'échappement selon l'invention permet donc de renforcer les zones fragiles. 15 De plus, une suspente d'échappement selon l'invention présente une durabilité accrue par rapport aux suspentes de l'art antérieur. On entend par tubulure d'échappement, tout élément d'échappement d'une ligne d'échappement, par exemple : un catalyseur, un FAP, un pot de 20 détente, un silencieux, un tuyau d'échappement lié à au moins un des éléments précités. On entend par fibres longues, des fibres présentant une longueur comprise entre 1 et 50 millimètres. On entend par fibres continues, des fibres présentant une longueur 25 supérieure à 50 millimètres. Selon différentes particularités, qui peuvent être combinées entre elles : - l'armature de renfort peut comprendre des fibres agencées de 30 manière uni-directionnelle, - l'armature de renfort peut comprendre des fibres de verre ou des fibres de carbone, - l'armature de renfort peut comprendre des fibres imprégnées ou pré-imprégnées avec un matériau thermoplastique, -4- - l'armature de renfort peut comprendre des fibres imprégnées ou pré-imprégnées avec du polyamide, - l'armature de renfort peut être réalisée en matériau composite renforcé de fibres multicouches, 5 - l'armature de renfort peut être insérée à l'intérieur du corps de façon que l'armature de renfort forme une âme pour le corps de suspente, - le corps de suspente peut être surmoulé sur l'armature de renfort de façon que le corps de suspente et l'armature de renfort soient agencés d'une seule pièce, - le corps de suspente peut comprendre un matériau thermoplastique chargé de fibres courtes, le corps de suspente peut comprendre un matériau polymère, par exemple un polymère 100% recyclé, 15 le corps de liaison élastique peut être en caoutchouc ou en élastomère, le corps de liaison élastique peut être adhérisé au corps de suspente d'échappement. 20 Selon un deuxième aspect de l'invention, il est proposé un kit d'échappement pour véhicule automobile comprenant au moins une tubulure d'échappement et au moins une suspente d'échappement selon le premier aspect de l'invention. 25 Selon un troisième aspect de l'invention, il est proposé un véhicule comprenant : - un kit d'échappement pour véhicule automobile selon le deuxième aspect de l'invention, ou - une suspente d'échappement selon le premier aspect de l'invention. 30 Selon un quatrième aspect de l'invention, il est proposé un procédé de fabrication d'une suspente d'échappement pour tubulure d'échappement de véhicule automobile comprenant les étapes suivantes : -5- - fournir une armature de renfort en matériau composite renforcé de fibres longues et/ou continues, - surmouler l'armature de renfort en matériau composite d'un matériau thermoplastique de manière à obtenir un corps de 5 suspente d'échappement renforcé. De préférence, l'armature de renfort en matériau composite est fabriquée selon au moins les étapes suivantes : - fournir un ruban de fibres longues et/ou continues, - imprégner ou pré-imprégner le ruban de matériau thermoplastique, - chauffer le ruban imprégné ou pré-imprégné, - enrouler le ruban imprégné ou pré-imprégné par enrubannage d'une ou plusieurs couches à chaud sous effort d'écrasement afin d'obtenir une armature de renfort rigide de forme prédéterminée. 15 Le procédé de fabrication de l'armature permet d'obtenir une très bonne cohésion entre les couches de ruban enroulées et pressées à chaud via le matériau thermoplastique. Le matériau thermoplastique de l'armature est par exemple en polymère. De préférence le matériau thermoplastique de l'armature 20 comprend du polyamide. Selon un autre mode de réalisation, le ruban de fibres peut être remplacé par une toile de fibres continues. 25 Le surmoulage est par exemple réalisé selon les étapes suivantes : - chauffer l'armature de renfort obtenue, - placer celui-ci dans un moule d'injection plastique, - surmouler l'armature de renfort avec un matériau thermoplastique chargé de fibres courtes de manière à obtenir un corps de suspente 30 renforcé. Le procédé de surmoulage permet d'obtenir une très bonne cohésion entre le surmoulage et l'armature de renfort. -6- Le matériau thermoplastique du corps de suspente est par exemple chargé de fibres de verre. De préférence, le matériau thermoplastique du corps de suspente comprend du polymère 100% recyclé. 5 Au sens de la présente invention, un matériau composite renforcé de fibres désigne un matériau, qui notamment possède une propriété anisotrope et présente deux constituants principaux, à savoir un matériau à base de fibres et un matériau de matrice. Le matériau à base de fibres est noyé dans le matériau de matrice et forme, après durcissement du matériau de matrice, qui peut être une résine thermoplastique ou thermodurcissable, une unité intégrale avec le matériau à base de fibres, ce qui permet d'obtenir une résistance et une rigidité très élevées dans la direction des fibres. En-dehors de ces constituants principaux, les matériaux composites peuvent en outre renfermer ou comporter d'autres matériaux. 15 Les exemples de matériaux thermoplastiques sont : le polypropylène, le polyamide, le polyétherimide (PEI), le poly(sulfure de phénylène) (PPS) et la poly(éther-éther-cétone de phénylène). D'autres avantages et particularités de l'invention apparaîtront à la 20 lecture de la description détaillée de mises en oeuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés suivants : - la figure la est une vue en perspective d'une ligne d'échappement ; - la figure lb est un zoom sur une suspente d'échappement d'une ligne d'échappement conforme à la figure la ; 25 - les figures 2a, 2b et 2c montrent une suspente d'échappement de l'art antérieur, la figure 2a étant une vue en perspective, la figure 2b étant une vue en coupe, le plan de coupe passant par un plan de symétrie longitudinal de la suspente, la figure 2c étant une vue de dessus de la suspente, 30 la figure 3 est une vue en perspective d'une armature de renfort selon un premier mode de réalisation, dans lequel l'armature -7- présente une section cylindrique destinée à entourer l'ouverture de suspension dans laquelle est placé un corps de liaison élastique, - la figure 4 montre une suspente d'échappement selon un mode de réalisation comprenant l'armature de renfort conforme à la figure 5 3, la suspente étant vue en coupe, le plan de coupe passant par un plan de symétrie longitudinal de la suspente, - la figure 5 est une vue en perspective d'une armature de renfort selon un deuxième mode de réalisation, dans lequel l'armature présente une section en forme de « P » destinée à entourer au moins partiellement l'ouverture de suspension et au moins partiellement l'ouverture de fixation dans laquelle est placée la douille entretoise, la figure 6 montre une suspente d'échappement selon un autre mode de réalisation comprenant l'armature de renfort conforme à 15 la figure 5, la suspente étant vue en coupe, le plan de coupe passant par un plan de symétrie longitudinal de la suspente. A des fins de clarté et de concision, les références sur les figures correspondent aux mêmes éléments. Les modes de réalisation décrits ci-après étant nullement limitatifs, on 20 pourra notamment considérer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites, isolées des autres caractéristiques décrites (même si cette sélection est isolée au sein d'une phrase comprenant ces autres caractéristiques), si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour 25 différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique, de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la 30 technique antérieure. Les figures 4, et 6 illustrent chacune une suspente d'échappement 1 prévue pour suspendre une tubulure d'échappement à la face externe ou de -8- dessous d'une caisse d'un véhicule automobile (caisse non représentée). Les suspentes d'échappement proposées ici sont en particulier adaptées pour suspendre les tubulures d'échappement les moins chaudes de la ligne d'échappement, par exemple au niveau du silencieux et/ou du pot de 5 détente et/ou d'un tuyau reliant au moins une extrémité d'un des éléments précités de la ligne d'échappement. En référence aux figures 4 et 6, la suspente d'échappement 1 comprend un corps de suspente d'échappement 10 rigide formant l'enveloppe externe de ladite suspente. Le corps 10 de suspente comprend une partie de fixation 12 agencée pour fixer la suspente 1 à la caisse du véhicule. La partie de fixation 12 présente un alésage dans lequel il est prévu d'insérer une douille entretoise 6. La douille entretoise 6 permet d'éviter l'écrasement du corps de suspente lors du vissage sur la caisse du véhicule. Le corps de suspente comprend une ouverture de suspension cylindrique 11 15 agencée pour recevoir un corps de liaison élastique 5. La suspente d'échappement 1 comprend en outre une armature de renfort 20 en matériau composite renforcé par des fibres longues et/ou continues pré-imprégnées avec une matrice en polymère thermoplastique. De préférence, les fibres sont agencées de manière uni-directionnelle, 20 parallèlement les unes par rapport aux autres. L'armature permet d'accroître considérablement la tenue mécanique de la suspente et ainsi de baisser la charge de verre dans le matériau de surmoulage permettant d'alléger la suspente. L'armature de renfort 20 est destinée à être noyée dans le corps de 25 suspente par un procédé de surmoulage qui sera décrit ci-dessous. Selon un premier mode de réalisation de l'armature de renfort et en référence à la figure 3, l'armature de renfort 20 présente la forme d'un cylindre circulaire. En référence à la figure 4, son diamètre est supérieur ou égal au diamètre de l'ouverture de suspension 11 et sa hauteur est égale à 30 la largeur du corps de suspente. L'armature de renfort 20 est positionnée de manière concentrique avec l'ouverture 11. L'armature de renfort 20 -9- permet d'améliorer la tenue mécanique d'une suspente d'échappement en plastique, en particulier lorsqu'elle est sollicitée en traction. Le deuxième mode de réalisation de l'armature de renfort sera décrit seulement par ses différences par rapport au premier mode de réalisation. En référence à la figure 5, l'armature de renfort 20 présente la forme d'un cylindre dont la section transversale présente la forme d'un « P ». L'armature de renfort 20 comprend une portion circulaire de suspension 21 le long d'un arc de cercle d'au moins 180 degrés, et une portion rectiligne de fixation. La portion de fixation comprend deux portions de douille 22a et 10 22b parallèles l'une à l'autre et espacées, par une portion de raccord 23, d'une distance inférieure ou égale à la hauteur de la douille 6. En outre, les portions de douille 22a, 22b présentent chacune un perçage circulaire formant une ouverture 24 pour le passage de la douille 6. Ce mode de réalisation permet à la fois de renforcer la partie de suspension et la partie 15 de fixation de la suspente d'échappement. Il va maintenant être décrit un procédé de fabrication d'une suspente d'échappement. Tout d'abord, il est décrit le procédé de fabrication de l'armature de renfort comprenant les étapes suivantes : 20 - fournir un ruban de fibres continues de verre ou de carbone unidirectionnelles, - pré-imprégner le ruban dans un polymère thermoplastique, par exemple polyamide, - chauffer le ruban pré-imprégné, 25 - enrouler le ruban pré-imprégné en plusieurs couches par l'intermédiaire d'une machine d'enrubannage de fibres, - comprimer ou laminer à chaud de manière à former un semi-produit d'épaisseur variable de quelques dixièmes de millimètres à plusieurs millimètres d'épaisseur, de façon à obtenir une armature 30 de renfort rigide selon une forme souhaitée. La réalisation multi-couches de l'armature de renfort composite comporte de nombreux avantages : -10- - rigidité et résistance mécanique, - tenue à l'impact, - nombre et orientation des couches en fonction des contraintes mécaniques 5 - amélioration du fluage de la pièce, donc de la tenue thermique. Une fois l'obtention de l'armature de renfort rigide, un corps de suspente d'échappement comprenant l'armature de renfort est réalisé selon les étapes suivantes : - chauffer l'armature de renfort, - placer l'armature de renfort chauffée dans un moule d'injection plastique correspondant à la taille et/ou à la forme de l'armature de renfort, - surmouler l'armature chauffée avec un polymère thermoplastique 15 chargé de fibres de verre courtes, de manière à obtenir un corps de suspente renforcé. Enfin, un corps de liaison élastique est inséré dans le corps de suspente renforcé de manière à obtenir une suspente d'échappement renforcée. 20 Le corps de suspente surmoulée présente des avantages intrinsèques à la qualité de l'armature de renfort listés ci-dessus et également les avantages d'une pièce injectée en thermoplastiques : - allègement du corps de suspente, par l'utilisation d'une matière de surmoulage plus légère, grâce à l'armature de renfort, renforçant 25 les zones critiques de recollement ; par exemple, il est possible de baisser la charge de verre de 30% à 15% dans la matière de surmoulage, de manière à affiner la suspente au juste nécessaire, - réduction du coût de la suspente par l'utilisation de polymères 100% recyclés (dit « post-consumers »), et la diminution des 30 épaisseurs de matière dans le surmoulage, - amélioration des performances acoustiques du fait de l'absence de déformation à chaud de la suspente d'échappement renforcée ; la rigidité accrue supprime les modes propres des suspentes pour traiter l'acoustique, - améliorer la recyclabilité de la suspente composite contenant exclusivement du polymère thermoplastique, ou contenant des fibres végétales, - renforcer la tenue mécanique en particulier dans les zones de recollement sur la virole extérieure, REVENDICATIONS1 - Suspente d'échappement (1) pour tubulure d'échappement de véhicule automobile, destinée à relier entre eux une tubulure d'échappement et la caisse d'un véhicule automobile, comprenant : - un corps de liaison élastique (5) agencé pour recevoir une patte d'assemblage d'une tubulure d'échappement de manière à suspendre ladite tubulure, - un corps de suspente rigide (10) en plastique agencé pour être fixé à la caisse d'un véhicule automobile, le corps de suspente (10) comprenant une ouverture (11) dans laquelle est disposé le corps de liaison élastique (5), caractérisée en ce qu'elle comprend une armature de renfort (20) comprenant un matériau composite renforcé de fibres longues et/ou continues. 2 - Suspente (1) selon la revendication 1, dans laquelle l'armature de renfort (20) comprend des fibres pré-imprégnées avec un matériau thermoplastique. 3 - Suspente (1) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle l'armature de renfort (20) est réalisée en matériau composite renforcé de fibres multicouches. 4 - Suspente (1) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle l'armature de renfort (20) est insérée à l'intérieur du corps de suspente (10) de façon que l'armature de renfort (20) forme une âme pour le corps de suspente. 5 - Suspente (1) selon l'une des revendications 1 à 4, dans laquelle le corps de suspente (10) est surmoulé sur l'armature de renfort (20) de façon que le corps de suspente (10) et l'armature de renfort (20) soient agencés d'une seule pièce. -13- 6 - Suspente (1) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le corps de suspente (10) comprend un matériau thermoplastique chargé de fibres courtes. 5 7 - Kit d'échappement pour véhicule automobile comprenant au moins une tubulure d'échappement et au moins une suspente d'échappement (1) selon l'une des revendications 1 à 6. 10 8 - Véhicule comprenant un kit d'échappement pour véhicule automobile selon la revendication précédente ou une suspente d'échappement (1) selon l'une des revendications 1 à 6. 9 - Procédé de fabrication d'une suspente d'échappement pour tubulure 15 d'échappement de véhicule automobile, selon l'une des revendications 1 à 6, comprenant les étapes suivantes : - fournir une armature de renfort (20) en matériau composite renforcé de fibres longues et/ou continues, - surmouler l'armature de renfort (20) en matériau composite d'un 20 matériau thermoplastique de manière à obtenir un corps de suspente d'échappement renforcé. 10 - Procédé de fabrication selon la revendication précédente, au cours duquel l'armature de renfort en matériau composite est fabriquée selon 25 au moins les étapes suivantes : - fournir un ruban de fibres longues et/ou continues, - pré-imprégner le ruban de matériau thermoplastique, - chauffer le ruban imprégné, - enrouler le ruban pré-imprégné par enrubannage d'une ou 30 plusieurs couches à chaud sous effort d'écrasement afin d'obtenir une armature rigide (20) de forme prédéterminée.