FR2860266A1 - Conduite d'echappement et groupe moto-propulsif la comportant - Google Patents
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Abstract
La conduite d'échappement (18, 20) comporte un tube métallique mince (26D) d'épaisseur de paroi inférieure à 1 mm. Ce tube comporte, sur au moins une partie de sa longueur, une gaine périphérique (30) formée d'un matériau thermo-expansible.
Description
La présente invention concerne une conduite d'échappement, ainsi qu'un
groupe moto-propulsif comportant un moteur thermique à la sortie du-quel est prévu un organe de dépollution, une telle conduite d'échappement étant prévue entre le moteur thermique et l'organe de purification catalytique.
Afin de satisfaire aux exigences imposées pour préserver l'environnement, les véhicules automobiles propulsés par un moteur thermique sont couramment équipés d'un organe de dépollution catalytique sur la ligne d'échappement. Les éléments actifs mis en oeuvre dans l'organe de dépollution catalytique fonctionnent de manière satisfaisante seulement à une température très supérieure à la température atmosphérique. Cette température de fonctionnement est comprise entre 300 C et 1000 C.
La mise en température et le maintien en température de l'organe de dépollution catalytique sont assurés par la circulation des gaz d'échappement chauds issus du moteur.
Lors du démarrage du moteur, après une longue période d'immobilisation du véhicule, l'organe de dépollution n'est pas immédiatement efficace et sa température augmente régulièrement au fur et à mesure de la circulation des gaz d'échappement.
Afin de permettre à l'organe de dépollution d'atteindre sa température normale de fonctionnement aussi vite que possible, cet organe est disposé aussi près que possible du moteur. Ainsi, le moteur et l'organe de dépollution sont souvent séparés seulement par le collecteur d'échappement, l'organe de dépollution étant disposé immédiatement en sortie de ce collecteur.
Toutefois, même si l'organe de dépollution est disposé à proximité du moteur, l'organe de dépollution n'atteint sa température de fonctionnement normale qu'après un lapse de temps relativement long au cours duquel les gaz d'échappement ne sont pas correctement traités par l'organe de dépollution.
L'invention a pour but de proposer une solution afin de réduire le temps au cours duquel l'organe de dépollution est inefficace.
A cet effet, l'invention a pour objet une conduite d'échappement comportant un tube métallique mince d'épaisseur de paroi inférieure à. 1 mm, lequel tube comporte, sur au moins une partie de sa longueur, une gaine périphérique formée d'un matériau thermo-expansible.
Suivant des modes particuliers de réalisation, la conduite d'échappement comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - la gaine périphérique thermo-expansible a une épaisseur comprise entre 0,5 mm et 20 mm, et de préférence entre 2 mm et 15 mm; - le matériau thermo-expansible est constitué de fibres céramiques réfractaires, de vermicullite et d'un liant organique; - à la température de fonctionnement normal de la conduite d'échap- pement, la gaine périphérique thermo-expansible a une densité sensible- ment égale à 1; - elle comporte une nappe thermiquement isolante interposée entre le tube mince et la gaine périphérique thermo-expansible; - ladite nappe thermiquement isolante comporte des fibres cérami- ques longues polycristallines; - l'épaisseur de la gaine périphérique thermo-expansible est supérieure à 70 % des épaisseurs cumulées de la gaine thermiquement isolante et de la gaine périphérique thermo-expansible; - elle comporte une enveloppe externe de retenue de la gaine péri- phérique thermo-expansible; et - la gaine périphérique thermo-expansible comporte deux manchons disjoints, ces deux manchons disjoints étant entourés par une même enveloppe périphérique externe s'étendant de l'un à l'autre le long du tube mince, un espace empli d'air étant ainsi délimité, entre les deux manchons disjoints de gaine périphérique, par le tube mince et l'enveloppe.
L'invention a également pour objet un collecteur comportant plusieurs conduites d'échappement convergentes telles que définies ci-dessus.
L'invention a enfin pour objet un groupe moto-propulsif comportant un moteur thermique, une ligne d'échappement comportant au moins un organe de dépollution catalytique, caractérisé en ce que le tronçon de la ligne d'échappement entre le moteur et l'organe de purification catalytique comporte au moins une conduite d'échappement ou un collecteur tels que définis ci-dessus.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'un groupe moto-propulsif d'un véhicule automobile; - la figure 2 est une vue en section transversale du collecteur du groupe moto-propulsif de la figure 1; - la figure 3 est une coupe longitudinale du collecteur de la figure 2; - la figure 4 est une coupe transversale d'une conduite d'échappe- ment unique selon l'invention; - les figures 5 et 6 sont des vues identiques à celles des figures 2 et 3, respectivement, d'une variante de réalisation d'un collecteur selon l'invention; et - la figure 7 est une vue en coupe longitudinale d'une conduite d'échappement suivant encore une autre variante de réalisation de l'invention.
Sur la figure 1 est représenté un groupe moto-réducteur d'un véhicule automobile. Ce groupe moto-réducteur comporte un moteur 12 à la sortie duquel est reliée une ligne d'échappement 14.
Le moteur 12 est un moteur thermique tel qu'un moteur à explosion ou un moteur diesel. Dans l'exemple considéré, ce moteur est un moteur à quatre cylindres, présentant donc quatre sorties d'échappement. La ligne d'échappement 14 est équipée d'un premier organe de purification catalytique 12. Cet organe de purification catalytique comporte par exemple un substrat poreux traversé par les gaz d'échappement, ce substrat étant recouvert de métaux précieux. La température de fonctionnement normal de l'organe de purification catalytique est comprise entre 300 C et 1000 C.
La ligne d'échappement comporte un collecteur d'échappement 18, entre les quatre sorties du moteur 12 et le premier organe de purification catalytique 16.
Cette ligne d'échappement comporte enfin une conduite 20 d'évacuation des gaz d'échappement connectée à la sortie de l'organe de purification catalytique 16. Cette conduite d'évacuation 20 débouche dans l'atmosphère.
Un second organe de purification catalytique 22 est disposé dans la partie courante de la conduite d'évacuation 20. Comme connue en soi, la conduite 20 peut être également équipée d'autres organes de purification catalytiques, et/ou de filtres à particules.
Le collecteur 18 comporte quatre conduites distinctes 18A, 18B, 18C, 18D reliées entre elles par une extrémité où elles convergent en une conduite commune 24. Cette conduite commune est reliée, à son extrémité libre, à l'entrée de l'organe de purification catalytique 16. Le collecteur 18 présente une bride de fixation aux quatre sorties d'échappement du moteur.
Cette bride est disposée aux extrémités des quatre conduites du collecteur afin d'assurer leur connexion aux sorties correspondantes du moteur.
Chaque conduite d'échappement 18A, 18B, 18C, 18D du collecteur comporte, comme illustré sur les figures 2 et 3, quatre tubes métalliques à paroi mince 26A, 26B, 26C, 26D. Les tubes métalliques ont une épaisseur de paroi inférieure à 1 mm. Cette épaisseur est avantageusement inférieure à 0,5 mm et est de préférence comprise entre 0,2 mm et 0,4 mm.
Une gaine périphérique 30 formée d'un matériau thermo-expansible s'étend autour de chaque tube sur au moins une partie de sa longueur. Avantageusement, cette gaine s'étend sur toute la longueur des conduites.
La gaine thermo-expansible est entourée d'une enveloppe extérieure 32 de retenue de la gaine 30 autour des tubes.
Comme illustré sur la figure 2, dans la région où les quatre tubes minces des quatre conduites convergentes sont voisins, le matériau formant la gaine thermo-expansible 30 est reçu dans une enveloppe commune 32 entourant les quatre tubes.
Avantageusement, cette enveloppe 32 est formée de deux demi-coquilles 32A, 32B reliées l'une à l'autre suivant deux joints longitudinaux s'étendant suivant la longueur des conduits. Pour assurer leur liaison, les deux demi-coques comportent un rebord longitudinal extérieur suivant lequel ces deux demi-coques sont accolées.
Le matériau thermo-expansible formant la gaine périphérique et entourant les tubes est parfois désigné par "matériau intumescent".
Un tel matériau est tel que, lorsque la température s'élève, le volume du matériau augmente significativement. En l'espèce, lorsque la température augmente, le matériau s'applique contre la paroi extérieure des tubes minces rigidifiant ainsi ceux-ci.
Par exemple, le matériau thermo-expansible est constitué de fibres de céramique réfractaire, de vermicullite et d'un liant organique, notamment du latex, assurant la cohésion du matériau thermo-expansible. Le vermicullite a la propriété de s'expanser lorsque la température augmente.
Ce type de matériau supporte des températures allant jusqu'à 850 C.
De tels matériaux sont commercialisés sous forme de nappes, notamment par la société 3M sous les références INTERAM 1001200/550 et par la société UNIFRAX sous les références XPEAV2 et AV2i.
L'épaisseur de la gaine thermo-expansible entourant chaque tube mince est comprise entre 0,5 mm et 20 mm. De préférence, cette épaisseur est comprise entre 2 mm et 15 mm.
La quantité de matériau thermo-expansible disposée entre les tubes minces et l'enveloppe est choisie de manière à ce que la gaine présente, dans l'espace ainsi délimité et à la température d'utilisation envisagée, une densité moyenne voisine de 1. Cette densité moyenne est souvent désignée par l'acronyme "GBD" pour Gap Bulk Density.
Suivant le premier mode de réalisation de l'invention et comme illustré sur la figure 4, la conduite 20, au moins en amont du second catalyseur 22 est formée d'un tube mince 34 d'épaisseur inférieure à 0,5 mm entouré par une gaine périphérique thermo-expansible 36 telle que décrite précédemment. Une enveloppe notée 38 formée d'un tube entoure la gaine 36.
En variante, la conduite d'évacuation 20 est formée d'un tube métallique d'épaisseur supérieure à 5 mm et non recouvert d'une gaine thermoexpansible, seul le collecteur 18, disposé entre le moteur 12 et l'organe de purification catalytique, ayant la structure décrite précédemment.
Pour la fabrication d'une telle conduite d'échappement, et selon un premier procédé, le tube mince est introduit dans l'enveloppe externe. Us délimitent alors ensemble un intervalle annulaire dans lequel le matériau thermo-expansible est injecté par pulvérisation à l'aide d'un dispositif tel que décrit dans le document EP-0.091.413.
En variante, le matériau thermo-expansible est sous forme d'une nappe emballée ou non. Cette nappe est enroulée autour du tube mince.
L'ensemble formé du tube mince et de la nappe est introduit dans l'enveloppe et y est fixé par tout moyen approprié.
Lors du démarrage à froid d'un moteur, les gaz d'échappement circulant dans la ligne d'échappement transfèrent des calories pour chauffer les parois des conduites d'échappement. Dans la mesure où les parois des tubes en amont au moins du premier organe de purification catalytique ont une épaisseur réduite, ces parois montent très vite en température, de sorte que peu de calories issues des gaz d'échappement sont perdues pour échauffer les parois. Ainsi, les calories véhiculées par les gaz d'échappement sont essentiellement acheminées jusqu'à l'organe de purification cata- lytique et permettent d'élever très rapidement la température de celui-ci.
Par ailleurs, lors de l'échauffement des parois, le matériau thermoexpansible augmente de volume et vient comprimer les parois des tubes minces. Ainsi, les tubes minces se trouvent bridés à leur périphérie par le matériau thermo-expansible, augmentant ainsi la rigidité générale du collec- teur, même si la rigidité propre à chaque tube mince est faible du fait de leur épaisseur réduite et de leur déformabilité accrue par la température élevée.
Ainsi, avec un collecteur selon l'invention, et plus généralement avec une conduite d'échappement telle que définie précédemment, il est possible de transférer très rapidement de la chaleur véhiculée par des gaz d'échappement, vers un équipement devant être chauffé, sans qu'une partie importante de la chaleur véhiculée par les gaz d'échappement ne soit dissipée au travers des conduites, grâce à la faible épaisseur des tubes minces utilisés.
Qui plus est, l'agencement proposé présente une masse relativement faible, tout en ayant une rigidité suffisante pour les applications considérées.
Sur les figures 5 et 6 est représentée une variante de réalisation d'un collecteur.
Dans ce mode de réalisation, les éléments identiques ou analogues à ceux du mode de réalisation des figures 2 et 3 sont désignés par les mêmes numéros de référence.
Dans ce mode de réalisation, une nappe d'isolant thermique 40 est interposée entre la surface extérieure des tubes à paroi mince et la gaine thermo-expansible 30. Cette gaine entoure complètement les tubes minces sur toute leur périphérie. Elle est appliquée directement au contact de la sur-face extérieure de ces tubes minces.
Cette nappe isolante thermiquement est formée de fibres céramiques longues. Elle est constituée par exemple de fibres polycristallines formées de mulite ou d'alumine, ces fibres polycristallines pouvant être éventuelle-ment maintenues par un liant. Une telle nappe est adaptée pour résister à une température de 1200 C et assure une protection thermique de la gaine thermo-expansible. De telles nappes sont commercialisées par exemple par la société SAFFIL sous les références LDM et ECOFLEX 200, par la société IBIDEN sous la référence FLEC N-2.3 ou par la société UNIFRAX sous la référence CCmax 4HP. Dans l'exemple considéré, l'épaisseur de la nappe 40 est de l'ordre de 2 mm, alors que l'épaisseur de la gaine thermoexpansible 30 est égale à 8 mm. Plus généralement, la nappe thermoexpansible s'étend avantageusement sur plus de 70 % de l'épaisseur cumulée de la gaine thermo-expansible et de la nappe thermiquement isolante.
Suivant une variante de réalisation illustrée sur la figure 7, le tube mince noté 50 n'est entouré d'un manchon de matériau thermo-expansible 52A, 52B que suivant deux tronçons disjoints du tube. Une enveloppe 54 est disposée autour du tube. Cette enveloppe s'étend d'un manchon en matériau thermo-expansible à l'autre. Ainsi, un espace libre 56 est délimité entre l'enveloppe et le tube mince, entre les deux manchons de matériau thermoexpansible.
Dans cet agencement, l'espace libre 56 délimité entre les deux man- chons 52A, 52B de matériau thermo-expansible forment un isolant thermique évitant la déperdition d'énergie calorifique vers l'extérieur.
Claims (11)
1.- Conduite d'échappement (18, 20) comportant un tube métallique mince (26A, 26B, 26C, 26D; 34; 50) d'épaisseur de paroi inférieure à 1 mm, lequel tube comporte, sur au moins une partie de sa longueur, une gaine périphérique (30; 36; 52A, 52B) formée d'un matériau thermo-expansible.
2.- Conduite d'échappement selon la revendication 1, caractérisée en ce que la gaine périphérique thermo-expansible a une épaisseur comprise entre 0,5 mm et 20 mm, et de préférence entre 2 mm et 15 mm.
3.- Conduite d'échappement selon la revendication 1 ou 2, caractéri- sée en ce que le matériau thermo-expansible (30; 36; 52A, 52B) est constitué de fibres céramiques réfractaires, de vermicullite et d'un liant organique.
4.- Conduite d'échappement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que, à la température de fonctionne-ment normal de la conduite d'échappement, la gaine périphérique thermoexpansible (30; 36; 52A, 52B) a une densité sensiblement égale à 1.
5.- Conduite d'échappement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte une nappe thermiquement isolante (40) interposée entre le tube mince (26A, 26B, 26C, 26D) et la gaine périphérique thermo-expansible (30).
6.- Conduite d'échappement selon la revendication 5, caractérisée en ce que ladite nappe thermiquement isolante (40) comporte des fibres céramiques longues polycristallines.
7.- Conduite d'échappement selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce que l'épaisseur de la gaine périphérique thermo-expansible (30) est supérieure à 70 % des épaisseurs cumulées de la gaine thermiquement isolante (40) et de la gaine périphérique thermo-expansible (30).
8.- Conduite d'échappement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte une enveloppe ex-terne (32; 38; 54) de retenue de la gaine périphérique thermo-expansible (30).
9.- Conduite d'échappement selon la revendication 8, caractérisée en ce que la gaine périphérique thermo-expansible comporte deux manchons disjoints (52A, 52B), ces deux manchons disjoints étant entourés par une même enveloppe périphérique externe (54) s'étendant de l'un à l'autre le long du tube mince, un espace empli d'air (56) étant ainsi délimité, entre les deux manchons disjoints (52A, 52B) de gaine périphérique, par le tube mince (30) et l'enveloppe (54).
10.- Collecteur (18) comportant au moins deux conduites d'échappement (18A, 18B, 18C, 18D) selon l'une quelconque des revendications précédentes, ces deux conduites convergeant en une conduite unique (24).
11.- Groupe moto-propulsif comportant un moteur thermique (12), une ligne d'échappement (14) comportant au moins un organe de dépollution catalytique (16), caractérisé en ce que le tronçon de la ligne d'échappement entre le moteur (12) et l'organe de purification catalytique (16) comporte au moins une conduite d'échappement (18) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 ou un collecteur selon la revendication 10.
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