FR2951495A1 - Volume d'echappement muni d'une paroi poreuse d'absorption acoustique. - Google Patents

Volume d'echappement muni d'une paroi poreuse d'absorption acoustique. Download PDF

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Abstract

Volume d'échappement (2) pour moteur à combustion interne de véhicule automobile du type comprenant : - au moins une entrée (20) et au moins une sortie (22) pour des gaz d'échappement ; et - un corps (4) comprenant une enveloppe (10) et au moins une paroi (14) de séparation agencée à l'intérieur de l'enveloppe (10) pour délimiter ensemble au moins une chambre (6A, 6B, 6C) de détente de gaz d'échappement, caractérisé en ce que l'au moins une paroi de séparation (14) comprend un matériau poreux dont la résistance (DP)/(v) au passage de l'air obtenue par la loi de Darcy est comprise entre 500 N.s.m-3 et 2000 N.s.m-3, où (DP) est la différence de pression statique et (v) le module de la vitesse macroscopique du fluide à l'intérieur des pores.

Description

Volume d'échappement muni d'une paroi poreuse d'absorption acoustique La présente invention se rapporte au domaine des silencieux d'échappement. Plus particulièrement, la présente invention concerne un volume d'échappement pour moteur à combustion interne de véhicule automobile du type comprenant : - au moins une entrée et au moins une sortie pour des gaz d'échappement ; et - un corps comprenant une enveloppe et au moins une paroi de séparation agencée à l'intérieur de l'enveloppe pour délimiter ensemble au moins une chambre de détente de gaz d'échappement. FR-A-2 911 165 décrit un silencieux d'échappement de ce type, dans lequel l'une des chambres de détente est, pour améliorer l'absorption acoustique, emplie, par injection, de fibres. Un autre exemple connu de silencieux d'échappement, décrit dans US 6 068 082, prévoit, à l'intérieur de la chambre de détente, des sacs préalablement remplis de fibres. Néanmoins, les sacs brûlent avec la température des gaz d'échappement et, que les fibres soient injectées ou placées préalablement dans des sacs, la répartition radiale des fibres n'est pas forcément homogène, ce qui entraîne des problèmes de bruit de bouche et de bruit rayonné. En outre, la quantité de matériau absorbant requise est relativement importante et contribue à un surpoids du volume d'échappement, quel que soit le procédé de remplissage. Un but de l'invention est de fournir un volume d'échappement permettant une bonne absorption acoustique tout en ayant un poids faible. A cet effet, l'invention a pour objet un volume d'échappement du type précité, caractérisé en ce que l'au moins une paroi de séparation comprend un matériau poreux dont la résistance (DP)/(v) au passage de l'air obtenue par la loi de Darcy est comprise entre 500 N.s.m-3 et 2000 N.s.m-3, où (DP) est la différence de pression statique et (v) le module de la vitesse macroscopique du fluide à l'intérieur des pores. Suivant des modes particuliers de réalisation, le volume d'échappement selon l'invention comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prise(s) isolément ou suivant l'une ou quelconque des combinaisons techniquement possibles : - le matériau poreux est adapté pour résister à des températures des gaz d'échappement d'au moins 400°C ; - le matériau poreux est un matériau minéral structuré, par exemple textile à base de fibres de verre ou de mousse métallique ; - le matériau poreux est à base de fil métallique, par exemple tissé ou tressé ; - le volume d'échappement comprend au moins un organe de maintien du matériau poreux ; - ledit organe de maintien est un treillis ; - le volume d'échappement comprend un treillis supplémentaire de maintien du matériau poreux, le matériau poreux étant agencé entre les deux treillis ; - l'au moins un organe de maintien est rigide ; - le matériau poreux est souple ; - le ou chaque treillis est riveté et/ou serti et/ou soudé sur le corps, et/ou pincé le long de son bord entre deux rebords internes du corps ; - la paroi poreuse a une forme générale plate ; - la paroi poreuse a une forme générale de disque, par exemple circulaire ou elliptique, le disque étant de préférence percé ; - le volume d'échappement comprend un tube de passage des gaz pour acheminer les gaz à l'intérieur de l'enveloppe, le tube s'étendant le long d'au moins une partie de l'enveloppe, le tube traversant de préférence au moins une paroi de séparation ; et - la paroi de séparation comprend des pattes rigides de renfort structurel agencées radialement entre l'enveloppe et le tube. L'invention a également pour objet une ligne d'échappement de véhicule automobile, caractérisée en ce qu'elle comprend un volume d'échappement tel que défini ci-dessus. Enfin, l'invention a pour objet un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend une ligne d'échappement telle que définie plus haut. 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 en coupe longitudinale d'un volume d'échappement selon l'invention ; - la Figure 2 est une vue en coupe transversale du volume d'échappement de la Figure 1 ; - les Figures 3 et 4 sont des vues schématiques en coupe longitudinale agrandies d'une paroi poreuse d'absorption acoustique ; - la Figure 5 est une vue en coupe transversale d'un volume d'échappement selon une variante de réalisation de l'invention ; - la Figure 6 est une vue en coupe transversale d'un volume d'échappement selon une autre variante de réalisation de l'invention ; et - la Figure 7 est une vue schématique en coupe longitudinale agrandie de la paroi poreuse de la Figure 6. La Figure 1 illustre un volume d'échappement 2 pour un moteur à combustion interne de véhicule automobile. Il s'agit d'un volume de type « silencieux » destiné à réduire les émissions acoustiques d'une ligne d'échappement. Le volume 2 est par exemple intégré au milieu ou en fin de la ligne d'échappement. Comme illustré sur la Figure 1, le volume 2 comprend un corps 4 délimitant plusieurs chambres internes 6 de détente des gaz, et un tube 8 de passage des gaz à travers le corps 4.
Le corps 4 comprend une enveloppe tubulaire métallique 10 fermée à ses deux extrémités par des parois étanches 12. L'enveloppe 10 et les parois 12 délimitent ainsi un volume généralement cylindrique d'axe longitudinal A. Le volume cylindrique délimité par l'enveloppe 10 et les parois 12 est, dans l'exemple illustré, divisé en trois par deux parois poreuses 14 de séparation, pour former trois chambres 6 de détente des gaz. Les parois poreuses 14 seront décrites plus en détail ci-dessous. Le tube 8 et l'enveloppe 10 sont l'un dans l'autre. Le tube 8 est d'axe longitudinal A. Il forme respectivement à ses extrémités opposées une bouche 20 d'entrée des gaz dans le volume 2 et une bouche 22 de sortie.
La bouche 20 est reliée à des organes amont de la ligne d'échappement et la bouche 22 de sortie est reliée à des organes aval de la ligne d'échappement ou débouche directement dans l'atmosphère. Le tube 8 traverse les parois d'extrémité 12 et les parois de séparation 14, et ce de façon sensiblement étanche aux gaz d'échappement.
Le tube 8 comprend, au niveau de la première chambre de détente 6A, qui est située la plus en amont dans le sens de circulation des gaz d'échappement, une pluralité d'orifices radiaux traversants 24 débouchant dans la chambre 6A pour détendre les gaz. Le tube 8 présente également, de façon analogue, des orifices traversants 25 débouchant dans la deuxième chambre de détente 6B, et des orifices 26 débouchant dans la troisième chambre de détente 6C qui est située la plus en aval dans le volume d'échappement 2. Les parois poreuses 14 vont être décrites plus en détail en référence aux Figures 2à4. Chaque paroi 14 comprend un matériau poreux 30 et deux treillis 32 de maintien du matériau poreux 30.
Le matériau poreux 30 présente la particularité d'avoir une résistance (DP)/(v) au passage de l'air obtenue par la loi de Darcy comprise entre 500 N.s.m-3 et 2000 N.s.m-3, où (DP) est la différence de pression statique et (v) le module de la vitesse macroscopique du fluide à l'intérieur des pores.
Le matériau poreux 30 permet, grâce à sa porosité, une bonne absorption acoustique. Il a en outre un poids et un encombrement faibles. Le matériau poreux 30 utilisé est en outre adapté pour résister à des températures de gaz d'échappement supérieur à 400°C. Il s'agit, dans l'exemple illustré, d'un textile, en particulier un tissu de fibres de verre. Le matériau poreux 30 a une forme générale plate. Il joint de façon sensiblement continue, suivant un plan radial, l'enveloppe 10 et le tube 8. Les deux treillis 32 enserrent le matériau poreux 30 entre eux pour un bon maintien du matériau 30. En effet, le matériau poreux 30 choisi dans l'exemple illustré étant souple, les treillis 32 assurent son maintien. Les treillis 32 sont ainsi de préférence relativement rigides. Chaque treillis 32 est métallique, par exemple en acier, et a une forme générale d'une grille régulière. Dans l'exemple illustré, le treillis 32 est formé par un réseau régulier de fils se croisant en délimitant des mailles identiques, par exemple carrées. En variante, les treillis 32 ont une géométrie de tout type adapté. Le bord externe 33 des treillis 32 a un contour complémentaire du contour interne de l'enveloppe 10, pour une fixation aisée sur l'enveloppe 10. Les treillis 32 sont percés en leur milieu d'un orifice 34 de passage du tube 8 et le bord interne 35 des treillis 32 a un contour complémentaire du contour externe du tube 8.
Dans l'exemple illustré, les bords externe et interne 33, 35 sont circulaires d'axe A, mais ont en variante une forme de tout type adapté. En outre, le tube 8 est en variante désaxé par rapport à l'enveloppe 10, et le treillis 32 percé de façon adaptée pour recevoir le tube 8. Les Figures 3 et 4 illustrent différents exemples de fixation des treillis 32 sur le corps 4. Sur la Figure 3, les treillis 32 sont fixés le long de leur bord externe 33 et de leur bord interne 35 par rivetage respectivement sur l'enveloppe 10 et sur le tube 8, les rivets traversant le matériau poreux 30. Les rivets assurent la fixation des treillis 32 sur le corps 4 et sur le tube 8, ainsi que la fixation du matériau poreux 30 sur les treillis 32.
La Figure 4 illustre un exemple dans lequel le bord interne 35 est serti le long de la circonférence du tube 8 de passage de gaz. Le bord externe 33 des deux treillis 32 est soudé sur l'enveloppe 10. En variante, le bord externe 33 est serti ou soudé et/ou le bord interne 35 est serti ou soudé. En outre, le sertissage peut être remplacé par un maintien par pincement du bord de la paroi 14 entre deux rebords en saillie radiale. En variante, le treillis, s'il est suffisamment rigide, est directement emmanché dans l'enveloppe 10. A noter que, pour une fixation plus aisée, le bord externe du matériau poreux 30 dépasse par rapport au bord externe du treillis 32. Comme illustré sur les Figures 3 et 4, la partie en saillie du matériau poreux vient alors s'agencer contre l'enveloppe 10. La souplesse du matériau poreux 30 facilite son montage. Les parois de séparation 14 ont un poids inférieur ou égal à 200g, de préférence inférieur ou égal à 160g, de préférence encore inférieur ou égal à 140g.
Avec l'invention, le poids total du volume d'échappement 2 est faible, notamment par rapport à une solution actuelle où au moins une partie du volume d'échappement est emplie de fibres (en sac ou par injection). A titre indicatif, le volume d'échappement a un volume interne d'environ 8 litres. Le volume selon l'invention assure également un bon maintien dans le temps du matériau poreux 30. Les parois 14 sont très résistantes à l'érosion générée par les gaz d'échappement, et la répartition radiale du matériau est préservée dans le temps par les treillis 12. Les propriétés acoustiques du volume 2 restent ainsi préservées dans le temps. En variante et comme illustré sur la Figure 5, les parois 14 sont pourvues de pattes rigides de renfort structurel 36 qui sont agencées radialement entre l'enveloppe 10 et le tube 8. Les pattes 36 sont alors par exemple prévues pour assurer également le maintien du matériau poreux 30. Les parois 14 peuvent alors parfois être dépourvues des treillis 32. En variante encore, les treillis 32 forment l'âme du matériau poreux. Le matériau poreux 30 est d'ailleurs en variante formé de matériau minéral structuré comme par exemple des fils métalliques tissés ou tressés. Les Figures 6 et 7 représentent une autre variante de réalisation de l'invention dans laquelle le volume d'échappement 2 comprend un élément extérieur 38 de fixation des treillis 32. L'élément extérieur 38 présente sensiblement une forme de coupelle et est percé en son centre d'un trou 39 de passage du tube 8, du matériau poreux 30 et des treillis 32.
L'élément extérieur 38 est monté en force à l'intérieur de l'enveloppe 10 ou fixé sur l'enveloppe 10 par tout moyen approprié, par exemple par soudage, sertissage, rivetage, etc. Le volume d'échappement comprend également un élément intérieur 40 de fixation des treillis 32. L'élément intérieur 40 présente sensiblement une forme de bague avec une section transversale en U et un diamètre intérieur correspondant sensiblement au diamètre externe du tube 8 de manière à être traversé par le tube 8. L'élément intérieur 40 est monté en force sur le tube 8 ou fixé sur le tube 8 par tout moyen approprié, par exemple par soudage, sertissage, rivetage, etc.
Les éléments extérieur 38 et intérieur 40 forment deux pièces distinctes. En variante, les éléments extérieur 38 et intérieur 40 forment une seule pièce, et sont reliés par exemple par les pattes 36. En variante encore, les éléments extérieur 38 et intérieur 40 sont formés par les bords externe 33 et interne 35 des treillis 32.
Toujours en variante, le volume d'échappement comprend uniquement un élément extérieur 38 ou uniquement un élément intérieur 40. Dans une autre variante de réalisation de l'invention, avec ou sans élément extérieur 38 et intérieur 40, la fixation des treillis 32 sur l'enveloppe 10, ou sur l'élément extérieur 38, et sur le tube 8, ou sur l'élément intérieur 40, le long respectivement de leur bord externe 33 et de leur bord interne 35 varie circonférentiellement. Par exemple et comme illustré sur la Figure 7, une zone du bord externe 33 est fixée par rivetage tandis qu'une zone opposée du bord externe 33 est fixée par soudage, et une zone du bord interne 35 est fixée par rivetage tandis qu'une zone opposée du bord interne 35 est fixée par sertissage.
De nombreuses variantes de réalisation sont bien entendu possibles quant au cheminement des gaz dans le volume. Le volume 2 d'échappement comprend par exemple en variante deux tubes séparés, un pour l'entrée des gaz et un autre pour la sortie des gaz, et les tubes peuvent être percés de plusieurs trous radiaux débouchant dans une ou plusieurs des chambres de détente 6. D'autres tubes peuvent en variante traverser le volume 2. Enfin, l'agencement et le nombre des chambres de détente 6 sont en variante choisis de tout type adapté.

Claims (1)

  1. REVENDICATIONS1.- Volume d'échappement (2) pour moteur à combustion interne de véhicule automobile du type comprenant : - au moins une entrée (20) et au moins une sortie (22) pour des gaz d'échappement ; et - un corps (4) comprenant une enveloppe (10) et au moins une paroi (14) de séparation agencée à l'intérieur de l'enveloppe (10) pour délimiter ensemble au moins une chambre (6A, 6B, 6C) de détente de gaz d'échappement, caractérisé en ce que l'au moins une paroi de séparation (14) comprend un matériau poreux dont la résistance (DP)/(v) au passage de l'air obtenue par la loi de Darcy est comprise entre 500 N.s.m-3 et 2000 N.s.m-3, où (DP) est la différence de pression statique et (v) le module de la vitesse macroscopique du fluide à l'intérieur des pores.
    2.- Volume d'échappement (2) selon la revendication 1, dans lequel le matériau poreux (30) est adapté pour résister à des températures des gaz d'échappement d'au moins 400°C.
    3.- Volume d'échappement (2) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le matériau poreux (30) est un matériau minéral structuré, par exemple textile à base de fibres de verre ou de mousse métallique.
    4.- Volume d'échappement (2) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le matériau poreux (30) est à base de fil métallique, par exemple tissé ou tressé.
    5.- Volume d'échappement (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le volume d'échappement (2) comprend au moins un organe (32) de maintien du matériau poreux (30).
    6.- Volume d'échappement (2) selon la revendication 5, dans lequel ledit organe de maintien est un treillis (32).
    7.- Volume d'échappement (2) selon la revendication 6, comprenant un treillis supplémentaire (32) de maintien du matériau poreux (30), le matériau poreux (30) étant agencé entre les deux treillis (32).
    8.- Volume d'échappement (2) selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, dans lequel l'au moins un organe de maintien (32) est rigide.
    9.- Volume d'échappement (2) selon les revendications 5 à 8, dans lequel le matériau poreux (30) est souple.
    10.- Volume d'échappement (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le ou chaque treillis (32) est riveté et/ou serti et/ou soudé sur le corps (4), et/ou pincé le long de son bord entre deux rebords internes du corps (4).
    11.- Volume d'échappement (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la paroi poreuse (14) a une forme générale plate.
    12.- Volume d'échappement (2) selon la revendication 11, dans lequel la paroi poreuse (14) a une forme générale de disque, par exemple circulaire ou elliptique, le disque étant de préférence percé.
    13.- Volume d'échappement (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un tube (8) de passage des gaz pour acheminer les gaz à l'intérieur de l'enveloppe (10), le tube (8) s'étendant le long d'au moins une partie de l'enveloppe (10), le tube (8) traversant de préférence au moins une paroi de séparation (14).
    14.- Volume d'échappement (2) selon la revendication 13, caractérisé en ce que la paroi de séparation (14) comprend des pattes rigides de renfort structurel (36) agencées radialement entre l'enveloppe (10) et le tube (8).
    15.- Ligne d'échappement de véhicule automobile, caractérisée en ce qu'elle comprend un volume d'échappement (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
    16.- Véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend une ligne d'échappement selon la revendication 15.20
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