WO2003002281A1 - Procede de fabrication d'un element etage d'une ligne d'echappement et element etage obtenu - Google Patents

Procede de fabrication d'un element etage d'une ligne d'echappement et element etage obtenu Download PDF

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Faurecia Systemes D'echappement
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Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a stage element of an exhaust line comprising a tubular casing in which are arranged successively at least two internal exhaust gas treatment members.
  • internal organs for treating exhaust gases such as for example organs for treating by purification of exhaust gases in order to reduce the polluting emissions and / or internal sound treatment components of these exhaust gases in order to reduce noise at the outlet of the exhaust line.
  • the stage element of the exhaust line comprises two internal processing members arranged successively in the same conduit delimited by the envelope.
  • the envelope must consist of a tube of variable section along its length.
  • it must include two cylindrical sections connected to each other by a section of progressively decreasing diameter, each cylindrical section containing an internal processing member.
  • a second tubular section To form such envelopes, it is known to produce the first cylindrical section in a tube and then to attach by welding, at one of its ends, a second tubular section.
  • This second tubular section generally consists of two half-shells each in the form of a channel associated with one another by two longitudinal welds.
  • a stage element of an exhaust line produced according to this method is relatively expensive to manufacture.
  • the object of the invention is to propose a method for manufacturing a stage element of an exhaust line, the cost of implementation of which is reduced.
  • the subject of the invention is a method of manufacturing a stage element of an exhaust line comprising a tubular casing. area in which are arranged, successively, at least two internal organs for treating exhaust gases, characterized in that it comprises the steps of:
  • the method includes one or more of the following characteristics:
  • the first of said internal members is arranged in the first cylindrical section before the flow-forming step of said convergent intermediate section;
  • - It comprises a step of making by flow turning, at a free end of the second cylindrical section, a convergent end section of progressively decreasing diameter from said second cylindrical section;
  • - It includes a step consisting in adding, to a free end of the second cylindrical section, a prefabricated convergent end section of progressively decreasing diameter from said second cylindrical section;
  • the section of the second cylindrical section is less than the section of the first cylindrical section.
  • the invention also relates to a stage element of an exhaust line comprising a tubular casing in which are arranged, successively, at least two internal members, characterized in that said internal members are arranged in first and second sections.
  • cylindrical sections connected to each other by a converging intermediate section of progressively decreasing diameter, the first and second cylindrical sections and the converging intermediate section having come in one piece in the same tubular blank.
  • the stage element comprises one or more of the following characteristics:
  • Each of the two internal organs is chosen from a treatment organ for purification of exhaust gases and an acoustic treatment organ for exhaust gases;
  • the two internal members are formed by treatment members by purifying the exhaust gases, such as, for example, catalysts;
  • the two internal organs are formed by organs for acoustic treatment of exhaust gases.
  • FIG. 1 is an elevation view of a stage element of an exhaust line according to the invention
  • FIGS. 2A, 2B, 2C, 2D, 2E and 2F are longitudinal section views of the stage element of Figure 1 shown in successive stages of manufacture.
  • FIG. 3 is an elevational view of an alternative embodiment of the floor element of Figure 1.
  • the stage element 10 of an exhaust line comprises a tubular casing 12 internally delimiting a conduit in which are arranged, successively, two internal organs for treating exhaust gases, respectively 14 and 16 .
  • the internal members 14 and 16 are formed by treatment members by purification of the exhaust gases, such as, for example, catalysts.
  • the internal member 14 can be constituted by a main catalytic purification member and the internal member 16 can be constituted by a catalytic purification initiation member.
  • the catalytic purification members 14 and 16 are each formed, for example, of a ceramic substrate in which gas flow channels are delimited.
  • the substrate is loaded with catalytic materials.
  • at least one of the exhaust gas treatment devices is as described in US-A-4,632,683.
  • the two internal members 14 and 16 can be formed by members for the acoustic treatment of exhaust gases, such as for example the acoustic device described in patent application EP-A-926,320.
  • a first of the two internal members 14 and 16 may be formed by a member for acoustic treatment of the exhaust gases, the second being formed by a member for treatment by depollution of the exhaust gases.
  • the internal member 14 is formed by a member for acoustic treatment of the exhaust gases and the internal member 16 is formed by a member for treatment by depollution of the exhaust gases.
  • the stage element 10 has an inlet 20 for the arrival of the exhaust gases and an outlet 22 for the discharge of the exhaust gases.
  • the casing 12 has a first cylindrical section 24 inside which is housed the first internal member 14. Between the cylindrical wall of the section 24 and the first internal member 14 is arranged for example a retaining ply 26.
  • the retaining ply 26 is either a ply of the heat-expandable type, or even a ply of ceramic fibers.
  • the tubular casing 12 has a second cylindrical section 28 inside which is housed the second internal member 16.
  • this member 16 is surrounded by a retaining ply 30 of the same kind as the ply 26 ensuring its immobilization inside the second section 28.
  • the axes of the first and second cylindrical sections 24 and 28 are offset angularly. According to a variant, the axes of the first and second cylindrical sections 24 and 28 are offset axially.
  • the first and second sections 24, 28 are connected to each other by a converging intermediate section 32 of progressively decreasing diameter. This convergent section is for example delimited by a frustoconical wall.
  • the first and second sections each have converging end sections 34, 36 having a progressively decreasing diameter from the cylindrical section considered to the associated end. of the converter.
  • These converging end sections are for example delimited by frustoconical walls.
  • Each convergent end section is extended by a collar 38, 40 delimiting, respectively, the outlet 22 and the inlet 20 of the converter. These collars are suitable for the connection of the stage element to pipes of the exhaust line.
  • the envelope 12 is formed by flow turning in the same blank.
  • the first and second cylindrical sections, as well as the converging intermediate section 32, have come in one piece in the same cylindrical blank, this blank having been deformed by flow forming.
  • FIGS. 2A to 2F illustrate the successive stages in the manufacture of the stage element of FIG. 1.
  • This stage element is formed from a cylindrical metallic section 50 of constant initial diameter visible in FIG. 2A.
  • This stretch is, for example, consisting of a tube of constant diameter.
  • This section can also be extended in the blank, at at least one of its ends, by a section of different diameter.
  • the first internal processing member 14 is first engaged, while being surrounded by the ply 26, inside the blank 50.
  • This first internal member 14 is immobilized in the first cylindrical section 24, for example, by a centripetal peripheral retraction of the first cylindrical section 24 in order to ensure a radial pressure on the member 14.
  • the method described in patent US-A-5,096,1 1 1 can to be used.
  • the converging end section 34 is then produced by flow spinning at one end of the first cylindrical section 24, as illustrated in FIG. 2C.
  • the blank 50 is deformed over a part of its length by application to its outer surface of a set of rollers carried by the same rotary tool, these rollers being moved radially relative to the axis of rotation. of the tool while the tool is moved axially along the length of the blank.
  • the flow-forming tool, as well as the process used for flow-forming, are described for example in patent US-A-6,018,972.
  • the connecting collar 38 is produced simultaneously during the flow turning of the converging end section 34.
  • the converging intermediate section 32 is formed by flow spinning, at the other end of the first cylindrical section 24, making it possible to bring the blank into the state illustrated in FIG. 2D.
  • the second cylindrical section 28 of smaller diameter, intended to receive the second processing member 16 is also formed. More specifically, a cylindrical section, designated by the reference 52, having a length greater than the length of the second cylindrical section 28 is formed.
  • the second internal member 16 surrounded by the retaining ply 30 is then engaged inside the second section. cylindrical section 28 and is immobilized there by retraction of the section 28, as illustrated in FIG. 2F.
  • the converging end section 36 and the connecting collar 40 are produced by flow turning at the end of the second cylindrical section 28, by deformation of the portion of the section 52 extending the second cylindrical section 28.
  • stage element such as for example a catalytic converter manufactured according to the method described above can be produced from a single flow-forming machine and from the same blank. Thus, its manufacturing cost is reduced.
  • a convergent prefabricated end section 60 is attached to the end of the first cylindrical section 28 and is joined thereto by welding or stapling, along a peripheral connection line 62, as illustrated in FIG. 3.
  • the method according to the invention can be implemented for a stage element of an exhaust line in which the first and second cylindrical sections are coaxial or angularly offset.

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Abstract

Le procédé de fabrication d'un élément (10) étagé d'une ligne d'échappement comportant une enveloppe tubulaire (12) dans laquelle sont disposés, successivement, au moins deux organes internes (14, 16) de traitement des gaz d'échappement comporte les étapes de :- réaliser par fluotournage, à partir d'un tronçon métallique cylindrique (50) de diamètre initial constant, un tronçon intermédiaire convergent (32) de diamètre progressivement décroissant di sposé entre un premier tronçon cylindrique (24) et un second tronçon cylindrique (28) ;- disposer dans le premier tronçon cylindrique (24) un premier (14) desdits organes internes ; et - disposer dans le second tronçon cylindrique (28) un second (16) desdits organes internes.

Description

Procédé de fabrication d'un élément étage d'une ligne d'échappement et élément étage obtenu
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un élément étage d'une ligne d'échappement comportant une enveloppe tubulaire dans laquelle sont disposés successivement au moins deux organes internes de traitement des gaz d'échappement. Pour les véhicules automobiles à moteur thermique, il est connu de disposer, dans la ligne d'échappement, des organes internes de traitement des gaz d'échappement, comme par exemple des organes de traitement par purification des gaz d'échappement afin de réduire les émissions polluantes et/ou des organes internes de traitement acoustique de ces gaz d'échappe- ment afin de réduire les bruits à la sortie de la ligne d'échappement.
Généralement, l'élément étage de la ligne d'échappement comporte deux organes internes de traitement disposés successivement dans un même conduit délimité par l'enveloppe.
Ces organes internes de traitement ont des diamètres différents, de sorte que l'enveloppe doit être constituée d'un tube de section variable suivant sa longueur. En particulier, elle doit comporter deux tronçons cylindriques reliés l'un à l'autre par un tronçon de diamètre progressivement décroissant, chaque tronçon cylindrique contenant un organe interne de traitement. Pour former de telles enveloppes, il est connu de réaliser le premier tronçon cylindrique dans un tube puis de rapporter par soudage, à l'une de ses extrémités, un second tronçon tubulaire. Ce second tronçon tubulaire est généralement constitué de deux demi-coquilles chacune en forme de canal associée l'une à l'autre par deux soudures longitudinales. Un élément étage d'une ligne d'échappement réalisé suivant ce procédé est relativement coûteux à fabriquer.
L'invention a pour but de proposer un procédé de fabrication d'un élément étage d'une ligne d'échappement dont le coût de mise en œuvre est réduit. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un élément étage d'une ligne d'échappement comportant une enveloppe tubu- laire dans laquelle sont disposés, successivement, au moins deux organes internes de traitement, des gaz d'échappement, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes de :
- réaliser par fluotournage, à partir d'un tronçon métallique cylindrique de diamètre initial constant, un tronçon intermédiaire convergent de diamètre progressivement décroissant disposé entre un premier tronçon cylindrique et un second tronçon cylindrique ;
- disposer dans le premier tronçon cylindrique un premier desdits organes internes ; et - disposer dans le second tronçon cylindrique un second desdits organes internes.
Suivant des modes particuliers de réalisation, le procédé comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- le premier desdits organes internes est disposé dans le premier tronçon cylindrique avant l'étape de fluotournage dudit tronçon intermédiaire convergent ;
- il comporte une étape de réalisation par fluotournage, à une extrémité libre du premier tronçon cylindrique, d'un tronçon d'extrémité convergent de diamètre progressivement décroissant depuis ledit premier tronçon cylin- drique ;
- il comporte une étape de réalisation par fluotournage, à une extrémité libre du second tronçon cylindrique, d'un tronçon d'extrémité convergent de diamètre progressivement décroissant depuis ledit second tronçon cylindrique ; - il comporte une étape consistant à rapporter, à une extrémité libre du second tronçon cylindrique, un tronçon d'extrémité convergent préfabriqué de diamètre progressivement décroissant depuis ledit second tronçon cylindrique ;
- au moins l'un des deux organes internes est immobilisé par rétrac- tion périphérique centripète du tronçon cylindrique associé ; et
- la section du second tronçon cylindrique est inférieure à la section du premier tronçon cylindrique. L'invention a également pour objet un élément étage d'une Ligne d'échappement comportant une enveloppe tubulaire dans laquelle sont disposés, successivement, au moins deux organes internes, caractérisé en ce que lesdits organes internes sont disposés dans des premier et second tron- çons cylindriques reliés l'un à l'autre par un tronçon intermédiaire convergent de diamètre progressivement décroissant, les premier et second tronçons cylindriques et le tronçon intermédiaire convergent étant venus de matière dans une même ébauche tubulaire.
Suivant des modes particuliers de réalisation, l'élément étage com- porte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- chacun des deux organes internes est choisi parmi un organe de traitement par purification des gaz d'échappement et un organe de traitement acoustique des gaz d'échappement ;
- les deux organes internes sont formés par des organes de traite- ment par purification des gaz d'échappement, comme par exemple des catalyseurs ; et
- les deux organes internes sont formés par des organes de traitement acoustique des gaz d'échappement.
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 en élévation d'un élément étage d'une ligne d'échappement selon l'invention,
- les figures 2A, 2B, 2C, 2D, 2E et 2F sont des vues en coupe longi- tudinale de l'élément étage de la figure 1 représenté à des stades successifs de fabrication ; et
- la figure 3 est une vue en élévation d'une variante de réalisation de l'élément étage de la figure 1.
L'élément étage 10 d'une ligne d'échappement, illustré sur la figure 1 , comporte une enveloppe tubulaire 12 délimitant intérieurement un conduit dans lequel sont disposés, successivement, deux organes internes de traitement des gaz d'échappement, respectivement 14 et 16. Les organes internes 14 et 16 sont formés par des organes de traitement par purification des gaz d'échappement, comme par exemple des catalyseurs. Dans ce cas, l'organe interne 14 peut être constitué par un organe principal de purification catalytique et l'organe interne 16 peut être constitué par un organe d'amorçage de purification catalytique.
Les organes de purification catalytique 14 et 16 sont formés chacun par exemple d'un substrat de céramique dans lequel sont délimités des canaux d'écoulement des gaz. Le substrat est chargé de matériaux catalyti- ques. De manière alternative, au moins l'un des organes de traitement par purification des gaz d'échappement est tel que décrit dans le brevet US-A- 4,632,683.
Selon une variante, les deux organes internes 14 et 16 peuvent être formés par des organes de traitement acoustique des gaz d'échappement, comme par exemple le dispositif acoustique décrit dans la demande de brevet EP-A-926.320.
Selon une variante supplémentaire, un premier des deux organes internes 14 et 16 peut être formé par un organe de traitement acoustique des gaz d'échappement, le second étant formé par un organe de traitement par dépollution des gaz d'échappement.
Dans un mode de réalisation particulier, l'organe interne 14 est formé par un organe de traitement acoustique des gaz d'échappement et l'organe interne 16 est formé par un organe de traitement par dépollution des gaz d'échappement. L'élément étage 10 présente une entrée 20 pour l'arrivée des gaz d'échappement et une sortie 22 pour l'évacuation des gaz d'échappement.
L'enveloppe 12 présente un premier tronçon cylindrique 24 à l'intérieur duquel est logé le premier organe interne 14. Entre la paroi cylindrique du tronçon 24 et le premier organe interne 14 est disposée par exemple une nappe de maintien 26.
Dans le cas d'un organe de purification catalytique, la nappe de maintien 26 est soit une nappe de type thermo-expansible, ou encore une nappe de fibres céramiques. En outre, l'enveloppe tubulaire 12 présente un second tronçon cylindrique 28 à l'intérieur duquel est logé le second organe interne 16. Dans le cas. d'un organe de purification catalytique, cet organe 16 est entouré d'une nappe de maintien 30 de même nature que la nappe 26 assurant son immo- bilisation à l'intérieur du second tronçon 28.
Dans le mode de réalisation envisagé, les axes des premier et second tronçons cylindriques 24 et 28 sont décalés angulaîrement. Selon une variante, les axes des premier et second tronçons cylindriques 24 et 28 sont décalés axialement. Les premier et second tronçons 24, 28 sont reliés l'un à l'autre par un tronçon intermédiaire convergent 32 de diamètre progressivement décroissant. Ce tronçon convergent est par exemple délimité par une paroi tronco- nique.
Par ailleurs, à chacune de leurs extrémités opposées au tronçon in- termédiaire convergent 32, les premier et second tronçons présentent chacun des tronçons d'extrémité convergents 34, 36 ayant un diamètre progressivement décroissant depuis le tronçon cylindrique considéré jusqu'à l'extrémité associée du convertisseur.
Ces tronçons d'extrémité convergents sont par exemple délimités par des parois tronconiques.
Chaque tronçon d'extrémité convergent est prolongé par un collet 38, 40 délimitant, respectivement, la sortie 22 et l'entrée 20 du convertisseur. Ces collets sont adaptés pour la connexion de l'élément étage à des conduites de la ligne d'échappement. Suivant l'invention, l'enveloppe 12 est formée par fluotournage dans une même ébauche. En particulier, les premier et second tronçons cylindriques, ainsi que le tronçon intermédiaire convergent 32, sont venus de matière dans une même ébauche cylindrique, cette ébauche ayant été déformée par fluotournage. Les figures 2A à 2F illustrent les étapes successives de fabrication de l'élément étage de la figure 1 .
Cet élément étage est formé à partir d'un tronçon métallique cylindrique 50 de diamètre initial constant visible sur la figure 2A. Ce tronçon est, par exemple, constitué d'un tube de diamètre constant. Ce tronçon peut également être prolongé dans l'ébauche, à au moins une de ses extrémités, par un tronçon de diamètre différent.
Comme illustré sur la figure 2B, le premier organe interne de traite- ment 14 est d'abord engagé, en étant entouré de la nappe 26, à l'intérieur de l'ébauche 50. Ce premier organe interne 14 est immobilisé dans le premier tronçon cylindrique 24, par exemple, par une rétraction périphérique centripète du premier tronçon cylindrique 24 afin d'assurer une pression radiale sur l'organe 14. Pour ce faire, le procédé décrit dans le brevet US-A- 5,096,1 1 1 peut être utilisé. On peut également utiliser le procédé décrit dans le brevet EP-A-0.681 .095.
Le tronçon d'extrémité convergent 34 est ensuite réalisé par fluotournage à une extrémité du premier tronçon cylindrique 24, comme illustré sur la figure 2C. A cet effet, l'ébauche 50 est déformée sur une partie de sa lon- gueur par application sur sa surface extérieure d'un ensemble de galets portés par un même outil rotatif, ces galets étant déplacés radialement par rapport à l'axe de rotation de l'outil alors que l'outil est déplacé axialement suivant la longueur de l'ébauche. L'outil de fluotournage, ainsi que le procédé mise en œuvre pour le fluotournage, sont décrits par exemple dans le brevet US-A-6,018,972.
Le collet de liaison 38 est réalisé simultanément lors du fluotournage du tronçon d'extrémité convergent 34.
Lors de l'étape suivante, le tronçon intermédiaire convergent 32 est formé par fluotournage, à l'autre extrémité du premier tronçon cylindrique 24, permettant d'amener l'ébauche dans l'état illustré sur la figure 2D.
Lors de cette étape de fluotournage, le second tronçon cylindrique 28 de plus petit diamètre, destiné à recevoir le second organe de traitement 16 est également formé. Plus précisément, un tronçon cylindrique, désigné par la référence 52, ayant une longueur supérieure à la longueur du second tronçon cylindrique 28 est formé.
Comme, illustré sur la figure 2E, le second organe interne 16, entouré de la nappe de maintien 30 est ensuite engagé à l'intérieur du second tron- çon cylindrique 28 et y est immobilisé par rétraction du tronçon 28, comme illustré sur la figure 2F.
Enfin, le tronçon d'extrémité convergent 36 et le collet de liaison 40 sont réalisés par fluotournage à l'extrémité du second tronçon cylindrique 28, par déformation de la partie du tronçon 52 prolongeant le second tronçon cylindrique 28.
On conçoit qu'un élément étage comme par exemple un convertisseur catalytique fabriqué selon le procédé décrit ci-dessus peut être réalisé à partir d'une seule et même machine de fluotournage et à partir d'une même ébauche. Ainsi, son coût de fabrication est réduit.
Par ailleurs, l'absence de soudure augmente la fiabilité de l'élément étage et sa durée de vie.
En variante, à l'issue de l'étape de mise en place et d'immobilisation du second organe interne de traitement 16 dans le second tronçon cylindri- que 28, un tronçon convergent d'extrémité préfabriqué 60 est rapporté à l'extrémité du premier tronçon cylindrique 28 et y est solidarisé par soudage ou agrafage, suivant une ligne de liaison périphérique 62, comme illustré sur la figure 3.
Le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre pour un élément étage d'une ligne d'échappement dans lequel les premier et second tronçons cylindriques sont coaxiaux ou décalés angulairement.

Claims

REVENDICATIONS
1.- Procédé de fabrication d'un élément (10) étage d'une ligne d'échappement comportant une enveloppe tubulaire (12) dans laquelle sont disposés, successivement, au moins deux organes internes (14, 16) de trai- tement des gaz d'échappement, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes de :
- réaliser par fluotournage, à partir d'un tronçon métallique cylindrique (50) de diamètre initial constant, un tronçon intermédiaire convergent (32) de diamètre progressivement décroissant disposé entre un premier tronçon cy- lindrique (24) et un second tronçon cylindrique (28) ;
- disposer dans le premier tronçon cylindrique (24) un premier (14) desdits organes internes ; et
- disposer dans le second tronçon cylindrique (28) un second (16) desdits organes internes.
2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier
(14) desdits organes internes est disposé dans le premier tronçon cylindrique (24) avant l'étape de fluotournage dudit tronçon intermédiaire convergent (32).
3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de réalisation par fluotournage, à une extrémité libre du premier tronçon cylindrique (24), d'un tronçon d'extrémité convergent (34) de diamètre progressivement décroissant depuis ledit premier tronçon cylindrique (24).
4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caracté- risé en ce qu'il comporte une étape de réalisation par fluotournage, à une extrémité libre du second tronçon cylindrique (28), d'un tronçon d'extrémité convergent (36) de diamètre progressivement décroissant depuis ledit second tronçon cylindrique (28).
5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caracté- risé en ce qu'il comporte une étape consistant à rapporter, à une extrémité libre du second tronçon cylindrique (28), un tronçon d'extrémité convergent (62) préfabriqué de diamètre progressivement décroissant depuis ledit second tronçon cylindrique (28).
6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins l'un des deux organes internes (14, 16) est immobilisé par rétraction périphérique centripète du tronçon cylindrique associé.
7.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la section du second tronçon cylindrique (28) est inférieure à la section du premier tronçon cylindrique (24).
8.- Elément étage d'une ligne d'échappement, comportant une enveloppe tubulaire (12) dans laquelle sont disposés, successivement, au moins deux organes internes (14, 16), caractérisé en ce que lesdits organes internes (14, 16) sont disposés dans des premier et second tronçons cylindriques (24, 28) reliés l'un à l'autre par un tronçon intermédiaire convergent (32) de diamètre progressivement décroissant, les premier et second tronçons cylindriques (24, 28) et le tronçon intermédiaire convergent (32) étant venus de matière dans une même ébauche tubulaire (50).
9.- Elément étage selon la revendication 8, caractérisé en ce que chacun des deux organes internes (14, 16) est choisi parmi un organe de traitement par purification des gaz d'échappement et un organe de traitement acoustique des gaz d'échappement.
10.- Elément étage selon la revendication 8, caractérisé en ce que les deux organes internes (14, 16) sont formés par des organes de traitement par purification des gaz d'échappement, comme par exemple des catalyseurs.
1 1 .- Elément étage selon la revendication 8, caractérisé en ce que les deux organes internes (14, 16) sont formés par des organes de traitement acoustique des gaz d'échappement.
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