Valve pour silencieux d'échappement de véhicule automobile et silencieux comportant une telle valve

L'invention concerne en général les silencieux de ligne d'échappement de véhicule automobile.

Plus précisément, l'invention concerne, selon un premier aspect, une valve adaptée pour obturer un orifice d'une structure d'un silencieux d'une ligne d'échappement de véhicule automobile, la valve comprenant un obturateur susceptible d'être lié à la structure et susceptible d'adopter une position d'obturation de l'orifice, l'obturateur étant susceptible de se lever par flexion à partir de sa position d'obturation. Une telle valve est connue du document US-A-2004/0065503, dans lequel l'obturateur est une plaque rectangulaire en acier, mince et élastique. L'obturateur est soudé par une extrémité proximale sur un siège, lui-même rigidement fixé sur une cloison interne du silencieux. L'obturateur porte, à une partie d'extrémité distale réalisant l'obturation de l'orifice, deux bords dressés opposés l'un à l'autre. Ces bords permettent de rigidifier la partie d'extrémité distale de l'obturateur.

Un tel obturateur est coûteux, à la fois du fait du matériau utilisé, et du fait du travail de mise en forme nécessaire pour sa production.

Dans ce contexte, l'invention vise à proposer une valve moins coû- teuse.

A cette fin, l'invention porte sur une valve du type précité, caractérisée en ce que l'obturateur comprend une plaque d'obturation susceptible d'obturer l'orifice et au moins une plaque de liaison susceptible de lier la plaque d'obturation à la structure, la plaque d'obturation et la ou chaque plaque de liaison présentant des épaisseurs différentes et/ou étant réalisée dans des matériaux de caractéristiques mécaniques différentes.

La valve peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - la plaque d'obturation et la ou chaque plaque de liaison sont réalisées chacune dans un matériau métallique ;

- la ou chaque plaque de liaison est plus souple que la plaque d'obturation ;

- la plaque d'obturation est une plaque d'acier inoxydable ;

- la plaque d'obturation présente une épaisseur comprise entre 0.5 mm et 5 mm ;

- la ou chaque plaque de liaison présente une élasticité RP 0,2 % (yield strength) supérieure à 400 MPa à une température de 600 ⁰ C ;

- la ou chaque plaque de liaison est une plaque d'acier réfractaire comprenant au moins 30 % de nickel en masse ; - la ou chaque plaque de liaison présente une épaisseur comprise entre 0.05 mm et 1 mm ; et

- l'obturateur comprend deux plaques de liaison parallèles l'une à l'autre, chacune susceptible de lier la plaque d'obturation à la structure.

Selon un second aspect, l'invention porte sur un silencieux compre- nant une valve présentant les caractéristiques ci-dessus, conforme à la revendication 10.

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 perspective d'un silencieux muni d'une valve conforme à l'invention, une partie de l'enveloppe externe du silencieux étant arrachée pour laisser apparaître l'intérieur du silencieux ;

- la figure 2 est une vue agrandie de la valve de la figure 1 ;

- la figure 3 est une vue en coupe de la valve de la figure 2, considé- rée selon l'incidence des flèches III, l'obturateur étant représenté en traits pleins en position d'obturation, et étant représenté en traits mixtes soulevé de son siège ; et

- la figure 4 est une représentation en coupe d'un détail de la figure 2, considérée suivant l'incidence des flèches IV. Le silencieux 1 représenté sur la figure 1 est destiné à être inséré dans la ligne d'échappement d'un véhicule automobile à moteur thermique. Il comprend une enveloppe externe 2 délimitant un volume interne 4, un conduit d'entrée 6 mettant en communication le volume interne 4 avec une

partie amont de la ligne d'échappement, un conduit de sortie 8 mettant en communication le volume interne 4 avec une partie aval de la ligne d'échappement et deux coupelles internes 10 et 12 divisant le volume interne 4 en trois chambres respectivement 14, 16 et 18. L'enveloppe externe 2 comprend une partie tubulaire 20, et des plaques d'extrémité amont et aval 22 et 24 fermant respectivement les extrémités amont et aval de la partie tubulaire 20. Les coupelles 10 et 12 s'étendent sensiblement perpendiculairement à l'axe central X de la partie tubulaire 20, et sont sensiblement parallèles aux plaques d'extrémité 22 et 24. Elles s'étendent sur toute la section droite de la partie tubulaire 20. La première chambre 14 s'étend entre la plaque d'extrémité amont 22 et la première coupelle 10, la seconde chambre 16 entre les coupelles 10 et 12, et la troisième chambre 18 entre la coupelle 12 et la plaque d'extrémité aval 24.

Le conduit d'entrée 6 s'étend parallèlement à l'axe central X, et tra- verse successivement la plaque d'extrémité 22, la chambre 14, la coupelle 10, la chambre 16 et la coupelle 12. Il est raccordé par une extrémité à la partie amont de la ligne d'échappement et débouche par son extrémité opposée à l'intérieur de la chambre 18. Il comporte une multitude de petits orifices 26 mettant en communication l'intérieur du conduit 6 avec la seconde chambre 16.

Le conduit de sortie 8 est relié à une extrémité à la partie aval de la ligne d'échappement, et débouche à son extrémité opposée dans la première chambre 14. Il s'étend selon l'axe central X. Le conduit 8 traverse successivement la coupelle 10, la chambre 16, la coupelle 12, la chambre 18 et la plaque d'extrémité aval 24. Le conduit 8 est percé d'une multitude de petits orifices 28 mettant en communication l'intérieur du conduit 8 avec la seconde chambre 16. Il est également percé d'une multitude de petits orifices 30 mettant en communication l'intérieur du conduit 8 avec la troisième chambre 18. Par ailleurs, la coupelle 12 est percée d'une pluralité de petits orifices

32 mettant en communication les seconde et troisième chambres 16 et 18 l'une avec l'autre. La coupelle 12 est également percée par un orifice de grande taille 34 relativement à la taille des orifices 32, mettant lui aussi en

communication les chambres 16 et 18 l'une avec l'autre. La coupelle 10 est elle-même percée par un orifice 36, de taille par exemple similaire à celle de l'orifice 34, susceptible de mettre en communication les chambres 14 et 16 l'une avec l'autre. De manière à faire varier la résistance offerte par le silencieux à la circulation des gaz d'échappement, ce silencieux 1 comprend une valve 38 susceptible d'obturer ou de dégager l'orifice 36. La valve 38 est rigidement fixée sur une face 40 de la coupelle 10 tournée vers la chambre 14.

La valve 38, comme le montrent les figures 2 et 3, comportent une plaque de support 42 rigidement fixée sur la face 40 de la coupelle 10, un obturateur 44 susceptible d'adopter une position d'obturation de l'orifice 36, et susceptible de se lever par flexion à partir de sa position d'obturation, et une lamelle 46 de rappel de l'obturateur 44 en position d'obturation.

La plaque de support 42 est une plaque d'acier inoxydable pliée en L. Elle comporte une aile 48 plaquée contre la coupelle 10 et rigidement fixée sur cette coupelle, et une aile 50 dressée à partir de l'aile 48 et formant un angle oc typiquement compris entre 90° et 135° avec l'aile 48. Une lumière 52 est ménagée dans l'aile 48 et placée en coïncidence avec l'orifice 36. La lumière 52 présente une section de passage au moins supérieure à celle de l'orifice 36 et n'obture absolument pas cet orifice.

L'obturateur 44 comprend une plaque d'obturation 54 susceptible d'obturer la lumière 52 et donc l'orifice 36, et une plaque de liaison flexible 56 liant la plaque d'obturation 54 au support 42.

La plaque d'obturation 54 est une plaque d'acier inoxydable, de forme adaptée pour obturer complètement la lumière 52, par exemple sensiblement carrée. La plaque présente une épaisseur comprise entre 0,5 mm et 5 mm, de préférence comprise entre 1 mm et 2 mm, et typiquement égale à environ 1 ,5 mm.

La surface périphérique 58 de la face 40 entourant la lumière 52 forme un siège pour la plaque d'obturation 54. Ainsi, en position d'obturation, la plaque 54 couvre entièrement la lumière 52 et est en contact avec le support 42 sur toute la périphérie de la surface 58. Les zones en contact mutuel

de la plaque 54 et de la surface 58 présentent des états de surface tels que la plaque d'obturation 54 est appliquée de manière étanche sur son siège.

La plaque de liaison 56 présente une forme rectangulaire, allongée suivant une direction longitudinale. Elle est fixée par une première partie d'extrémité longitudinale 60 à la plaque d'obturation 54, et par une seconde partie d'extrémité 62 opposée à la partie 60 à la plaque de support 42. La plaque 56 est fixée à une zone de l'aile 48 opposée à l'aile 50.

Comme le montre la figure 2, suivant une direction transversale, la plaque 56 est plus étroite que la plaque 54. La plaque 56 est fixée transver- salement au centre de la plaque 54, la plaque 54 faisant saillie sur une même distance transversalement d'un côté et de l'autre de la plaque 56.

La plaque de liaison 56 est plus souple que la plaque d'obturation. La plaque de liaison 56 présente une élasticité évaluée selon la norme RP

0,2 % (yield strength) supérieure à 400 MPa à une température de 600 ⁰ C, de préférence supérieure à 500 MPa à une température de 600 ⁰ C, et valant typiquement 650 MPa à 600°C.

La plaque de liaison 56 est une plaque d'acier réfractaire comprenant au moins 30 % de nickel en masse, et comprenant typiquement 60 % de nickel. Elle est typiquement en un alliage vendu sous le nom commercial Inconel. Elle présente une épaisseur comprise entre 0,05 mm et 1 mm, de préférence comprise entre 0,1 mm et 0,5 mm, et typiquement égale à 0,25 mm.

La plaque de liaison 56 est rigidement fixée sur la plaque d'obturation

54 par des moyens adaptés pour ne pas déformer la plaque 54 lors de l'opé- ration de fixation. En effet, il est extrêmement important que la plaque 54 conserve sa planéité de manière à ne pas compromettre l'étanchéité du contact entre la plaque 54 et la surface 58 faisant office de siège.

Par exemple, la plaque de liaison 56 peut être fixée sur la plaque d'obturation 54 par soudage, de manière adaptée pour que la charge ther- mique imposée à la plaque d'obturation 54 lors du soudage ne conduise pas à une déformation de celle-ci.

La plaque 56 et la plaque 54 peuvent également être fixées l'une à l'autre par deux points de clinchage 64, comme illustré sur la figure 2. Le

clinchage est une opération métallurgique connue, et seules quelques indications générales seront données ci-dessous, en référence à la figure 4.

Les points de clinchage 64 sont obtenus en ménageant d'abord des orifices 65 dans la plaque de liaison. Puis, la plaque d'obturation 54 est pla- cée contre la plaque 56, et une matrice de forme adaptée est placée au débouché de chaque orifice 65, contre la face de la plaque 56 opposée à la plaque 54. A l'aide d'un poinçon, on estampe ensuite la plaque 54 au droit des orifices 65. Le poinçon s'engage dans l'orifice 66, et déforme localement le matériau constituant la plaque 54. Ce matériau est repoussé à travers l'orifice 65 contre le poinçon. La forme du poinçon est telle que le matériau de la plaque 54 forme un rivet 66 solidarisant les plaques 54 et 56 l'une à l'autre.

Les points de clinchage 64 sont situés à proximité d'un bord transversal 67 de la plaque 54. La plaque de liaison 56 est rigidement fixée sur l'aile 48 par soudage ou par deux points de clinchage 68.

La lamelle élastique 46 présente une forme allongée. Elle est rigidement fixée sur l'aile dressée 50 de la plaque de support, par exemple par deux points de clinchage 69, ou par tout autre moyen adapté. Elle est en appui par une extrémité 70 opposée aux points de clinchage 69 sur une face 72 de la plaque 54 opposée à l'orifice 36. L'extrémité 70 comporte une partie terminale 73 pliée à l'opposé de la face 72 autour d'une ligne de pliage transversale 74. L'extrémité 70 repose sur la face 72 au niveau de la ligne de pliage 74. La lamelle 46 présente une épaisseur comprise entre 0,05 mm et 0,5 mm, de préférence comprise entre 0,1 mm et 0,3 mm, et valant typiquement 0,25 mm. La lamelle 46 est une plaque d'acier réfractaire comprenant au moins 30 % de nickel en masse, et comprenant typiquement 60 % de nickel. Elle est par exemple en un alliage vendu sous le nom commercial Inconel. La lamelle 46 exerce un effort de rappel sur la plaque d'obturation 54, et sollicite celle-ci vers sa position d'obturation contre la plaque 42.

La lamelle 46 est disposée sensiblement dans le prolongement de la plaque de liaison 56. L'extrémité 70 de la lamelle élastique est en appui sur

une zone de la plaque d'obturation proche du bord transversal 76 de la plaque opposé au bord 67.

Le fonctionnement du silencieux décrit ci-dessus va maintenant être détaillé. Les gaz d'échappement pénètrent dans le silencieux par le conduit d'entrée 6. Une partie des gaz traverse les orifices 26 du conduit d'entrée et pénètre dans la seconde chambre 16. Le reste des gaz d'échappement débouche dans la troisième chambre 18. Une partie de ces gaz passe directement de la chambre 18 dans le conduit de sortie 8 à travers les orifices 30. Ils sont ensuite dirigés vers la partie aval du conduit d'échappement. Une autre partie des gaz d'échappement pénètre dans la seconde chambre 16 à partir de la chambre 18 en passant à travers les orifices 32 et 34.

Quand le moteur fonctionne à bas régime, la différence de pression entre les chambres 14 et 16 est faible, de telle sorte que la pression exercée sur l'obturateur 44 par les gaz de la chambre 16 n'est pas suffisante pour compenser la force de rappel de la lamelle élastique 46. L'obturateur se trouve dans sa position d'obturation de l'orifice 36.

Dans ce cas, tous les gaz pénétrant dans la chambre 16 par les orifices 26, 32, ou 34, passent par les orifices 28 du conduit de sortie et sont dirigés vers la partie aval de la ligne d'échappement.

Quand le moteur fonctionne à un régime plus élevé, la différence de pression entre les chambres 14 et 16 devient suffisante pour contrebalancer l'effort de rappel de la lamelle élastique 46. Sous l'effet de cette différence de pression, l'obturateur 44 se lève, comme illustré en traits mixtes sur la figure 3. La plaque de liaison 56 fléchit dans une zone située entre les points de clinchage 64 et les points de clinchage 66, de telle sorte que la plaque d'obturation 54 s'écarte de l'aile 48 de la plaque de support. La plaque 54, du fait qu'elle est plus rigide que la plaque 56, ne subit aucune flexion. L'extrémité 70 de la lamelle élastique de rappel coulisse le long de la face 72 de la plaque d'obturation en direction de la plaque de liaison 56.

L'écartement entre la plaque d'obturation 54 et l'aile 48 de la plaque de support, c'est-à-dire le degré d'ouverture de la valve 38, est fonction de la différence de pression entre la chambre 14 et la chambre 16.

Du fait que l'orifice 36 n'est plus obturé, une partie du gaz d'échappement pénétrant dans la chambre 16 par les orifices 26, 32 ou 34, traverse l'orifice 36 et pénètre dans la chambre 14, puis s'écoule dans le conduit de sortie 8 par l'extrémité de celui-ci communiquant avec la chambre 14. Ces gaz sont ensuite dirigés vers la partie aval de la ligne d'échappement à travers le conduit 8.

Ainsi, quand le moteur fonctionne à un régime élevé, un nouveau chemin de passage de la chambre 16 vers le conduit de sortie 8 est créé, via la chambre 14, de telle sorte que la résistance offerte par le silencieux 1 à l'écoulement des gaz d'échappement est diminuée.

La valve décrite ci-dessus présente de multiples avantages. Du fait que son obturateur comprend une plaque d'obturation et au moins une plaque de liaison susceptible de lier la plaque d'obturation à une cloison interne du silencieux, la plaque d'obturation et la plaque de liaison présentant des épaisseurs différentes et/ou étant réalisées dans des matériaux de caractéristiques mécaniques différentes, la valve est moins coûteuse. En effet, la plaque de liaison, réalisée dans un matériau plus coûteux, est de taille aussi réduite que possible. La partie de l'obturateur réalisant l'obturation de l'orifice de la cloison interne, qui n'a pas besoin d'être flexible, est réalisée dans un matériau moins coûteux. Seule la partie de l'obturateur utile pour réaliser la flexion permettant de dégager l'orifice est réalisée dans un matériau flexible et coûteux.

De plus, il est avantageux d'utiliser une plaque rigide pour réaliser l'obturation de l'orifice. En effet, une telle plaque permet d'obtenir une meil- leure étanchéité. En particulier, une plaque plus épaisse et plus rigide subira moins de déformation du fait de la différence de pression ou de température entre les deux faces de l'obturateur. De même, elle subira moins de vibrations sous l'effet des mouvements alternatifs d'ouverture et de fermeture de l'obturateur. Le fait de réaliser la liaison entre la plaque d'obturation et la plaque de liaison par des points de clinchage ou par une soudure faisant subir une faible charge thermique à la plaque d'obturation permet de ne pas déformer la plaque d'obturation au cours de l'opération de fixation.

La valve décrite ci-dessus peut présenter de multiples variantes.

L'obturateur peut comporter non pas une seule plaque de liaison mais deux plaques de liaison ou plus de deux plaques de liaison. Dans ce cas, les plaques de liaison sont parallèles les unes aux autres. Chacune d'entre el- les est fixée d'un côté à la plaque d'obturation et du côté opposé à la plaque de support.

De même, la valve peut comporter plusieurs lamelles flexibles de rappel, parallèles les unes aux autres. Ces lamelles sont toutes fixées sur l'aile dressée de la plaque de support et sont toutes en appui par leurs ex- trémités respectives opposées sur la plaque d'obturation.

Chaque lamelle peut être en appui non pas sur la plaque d'obturation mais sur la plaque de liaison, cette dernière, dans ce cas, s'étendant sur pratiquement toute la longueur longitudinale de la plaque d'obturation.

La valve peut comporter une butée limitant le déplacement de la pla- que d'obturation à partir de sa position d'obturation, et limitant donc en conséquence le degré d'ouverture de la valve.

De manière à moduler la force d'appui exercée par la ou les lamelles élastiques de rappel sur la plaque d'obturation, il est possible de jouer sur l'angle d'inclinaison α entre l'aile dressée de la plaque de support et l'aile plaquée contre la coupelle.

Dans les exemples de réalisation décrits ci-dessus, la plaque d'obturation et la plaque de liaison sont d'épaisseurs différentes et sont réalisées dans des matériaux présentant des caractéristiques mécaniques différentes. Toutefois, il est possible de réaliser les deux plaques dans le même maté- riau mais dans des épaisseurs différentes, ces épaisseurs étant choisies de manière que la plaque d'obturation soit plus rigide que la plaque de liaison. Alternativement, il est possible de réaliser les deux plaques de même épaisseur mais dans des matériaux différents, choisis de telle sorte que la plaque d'obturation soit plus rigide que la plaque de liaison. II est possible de fixer la plaque de liaison directement sur la coupelle et non sur la plaque de support.

L'invention a été décrite pour un exemple de réalisation où la valve obture un orifice d'une cloison interne d'un silencieux. Dans d'autres applica-

tions, la valve peut obturer l'extrémité du conduit d'entrée du silencieux raccordée à la partie amont de la ligne d'échappement, l'extrémité du conduit d'entrée débouchant à l'intérieur du silencieux, ou un orifice ménagé dans une partie courante du conduit d'entrée. De même, la valve peut obturer une des deux extrémités du conduit de sortie du silencieux, ou un orifice ménagé dans une partie courante de ce conduit. Le silencieux peut par ailleurs comprendre au moins un conduit tubulaire interne mettant en communication deux chambres du silencieux l'une avec l'autre, la valve pouvant dans ce cas obturer une des deux extrémités du conduit interne ou un orifice ménagé dans une partie courante de ce conduit.

Le silencieux décrit ci-dessus peut être de tout type, par exemple roulé soudé, roulé serti, ou formé de deux demi-coquilles embouties. Il peut comprendre plus ou moins de trois chambres internes, plus ou moins de deux coupelles, et peut comporter un ou plusieurs conduits internes de mise en communication des chambres entre elles.