FR2851293A1 - Dispositif de depollution des gaz d'echappement a organe de traitement amovible - Google Patents

Dispositif de depollution des gaz d'echappement a organe de traitement amovible Download PDF

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Abstract

Le dispositif (10) de dépollution des gaz d'échappement d'un moteur thermique comporte :- une enveloppe (12) délimitant un volume fermé (13) pour la circulation des gaz d'échappement, ladite enveloppe présentant une entrée (14) pour l'introduction des gaz d'échappement et une sortie (16) pour l'évacuation des gaz d'échappement ; et- un organe de traitement des gaz (18) logé dans ladite enveloppe (12) entre l'entrée (14) et la sortie (16),Ladite enveloppe (12) comporte :- une structure porteuse (20) dans laquelle sont délimitées l'entrée (14) et la sortie (16), laquelle structure porteuse délimite en outre un orifice de passage de l'organe de traitement des gaz (18) ; et- un culot amovible (22) rapporté sur ladite structure porteuse (20) pour l'obturation dudit orifice (23) de passage de l'organe de traitement des gaz (18).Application à un véhicule automobile.

Description

I
La présente invention concerne un dispositif de dépollution des gaz d'échappement d'un moteur thermique, du type comportant: - une enveloppe délimitant un volume fermé pour la circulation des gaz d'échappement, ladite enveloppe présentant une entrée pour l'introduc5 tion des gaz d'échappement et une sortie pour l'évacuation des gaz d'échappement; et un organe de traitement des gaz logé dans ladite enveloppe entre l'entrée et la sortie.
De nos jours, afin de réduire la dégradation de l'environnement du fait 10 de la circulation des véhicules automobiles, il est connu d'équiper les lignes d'échappement d'un dispositif de dépollution, et notamment d'un filtre à particules.
Un tel dispositif à filtre à particules est destiné notamment à retenir les suies issues du moteur et à permettre leur combustion périodique sur la 15 face amont du filtre à particules.
Les dispositifs connus actuellement comportent une enveloppe dans laquelle est logé le filtre à particules. L'enveloppe est généralement tubulaire et l'entrée d'introduction des gaz est délimitée à une première extrémité, alors que la sortie des gaz est délimitée à l'autre extrémité. Afin d'accéder à 20 la face amont du filtre à particules en vue de procéder à son nettoyage, il est connu de prévoir une interruption délimitant deux tronçons successifs suivant la longueur de l'enveloppe du dispositif de dépollution.
Pour nettoyer le filtre à particules, il est nécessaire de démonter les moyens retenant assemblées les deux tronçons de l'enveloppe puis de dé25 solidariser l'entrée ou la sortie du dispositif de dépollution du reste de la ligne d'échappement, afin de permettre le retrait du tronçon contenant le filtre à particules.
Le démontage de la bride retenant l'entrée ou la sortie du dispositif de dépollution est une opération malaisée et consommatrice de temps. En ou30 tre, le remontage est très délicat, notamment du fait de la corrosion des éléments de la ligne d'échappement.
L'invention a pour but de proposer un dispositif de dépollution des gaz d'échappement comportant un organe de traitement du gaz tel qu'un filtre à particules ou tout autre organe devant être nettoyé ou remplacé périodiquement, qui permette des interventions simples et rapides pour l'accès à l'organe de dépollution.
A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de dépollution des gaz 5 d'échappement d'un moteur thermique, du type précité, caractérisé en ce que ladite enveloppe comporte: - une structure porteuse dans laquelle sont délimitées l'entrée et la sortie, laquelle structure porteuse délimite en outre un orifice de passage de l'organe de traitement des gaz; et - un culot amovible rapporté sur ladite structure porteuse pour l'obturation dudit orifice de passage de l'organe de traitement des gaz.
Suivant des modes particuliers de réalisation, le dispositif de dépollution comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: l'organe de traitement des gaz est un filtre à particules; - ladite structure porteuse comporte une virole extérieure obturée à une première extrémité par une coupelle au travers de laquelle débouche un premier conduit délimitant l'une de l'entrée et de la sortie, ledit organe de traitement des gaz étant reçu dans l'espace délimité par ladite virole extérieure, l'orifice de passage de l'organe de traitement des gaz étant formé à la 20 seconde extrémité de la virole extérieure; - l'organe de traitement des gaz présente deux extrémités opposées pour l'introduction et la sortie des gaz, et en ce que le dispositif comporte un second conduit délimitant l'autre de l'entrée et de la sortie, lequel second conduit traverse la coupelle et présente, à son extrémité faisant saillie du 25 côté intérieur de la coupelle, des moyens de connexion à une première extrémité de l'organe de traitement des gaz, un passage de circulation des gaz étant ménagé suivant la longueur de l'organe de traitement des gaz, entre l'organe de traitement et la virole extérieure depuis ledit premier conduit jusqu'à la seconde extrémité de l'organe de traitement des gaz; - le dispositif comporte un second conduit délimitant l'autre de l'entrée et de la sortie et ledit second conduit débouche au travers de la virole externe au voisinage de sa seconde extrémité; l'organe de traitement des gaz est engagé suivant un agencement sensiblement étanche latéralement à l'intérieur de la virole extérieure; le culot comporte une coupelle amovible liée à la seconde extrémité de la virole extérieure, l'organe de traitement étant supporté par un fourreau 5 lié à ladite coupelle amovible, lequel fourreau présente au moins un passage d'écoulement des gaz disposé entre la coupelle amovible et l'une des extrémités de l'organe de traitement; et - ladite structure porteuse est formée d'une demi-coque présentant deux orifices formant lesdites entrée et sortie et le culot comporte une demi10 coque associée, les deux demi-coques présentant des bords périphériques complémentaires suivant lesquels elles sont accolées, l'organe de traitement des gaz étant interposé suivant un agencement sensiblement étanche latéralement entre les deux demi-coques.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va 15 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 premier mode de réalisation d'un dispositif de dépollution selon l'invention et - les figures 2 et 3 sont des vues en coupe longitudinale de variantes de réalisation d'un dispositif de dépollution selon l'invention.
Les dispositifs illustrés sur chacune des figures sont destinés à la dépollution des gaz d'échappement d'un moteur thermique, par exemple un moteur à essence ou un moteur Diesel, notamment de véhicule automobile. 25 Un dispositif de dépollution est destiné à être installé sur une ligne d'échappement du moteur.
De manière générale, et tel qu'illustré sur la figure 1, le dispositif comporte une enveloppe 12 présentant une entrée 14 d'introduction des gaz d'échappement, une sortie 16 d'évacuation des gaz d'échappement et un 30 organe de traitement des gaz tel qu'un filtre à particules 18 logé à l'intérieur de l'enveloppe 12.
En variante, l'organe de traitement des gaz est un DOC, acronyme de l'expression anglaise "Diesel Oxyde Catalyst" ou un filtre de rétention des oxydes d'azote connu sous le terme anglais de "NOx-trap".
Le filtre 18 a une forme généralement cylindrique et présente, à ses 5 extrémités opposées, une face amont 18A d'entrée des gaz et une face aval 18B de sortie des gaz. Il est formé par exemple d'une structure poreuse définissant des canaux longitudinaux adjacents obturés alternativement à l'une ou à l'autre de leurs extrémités.
L'enveloppe 12 définit une enceinte étanche 13 ouverte seulement à 10 l'entrée 14 et à la sortie 16 dans laquelle le filtre à particules est disposé entre l'entrée et la sortie.
Selon l'invention, l'enveloppe 12 présente une structure porteuse 20 délimitant l'entrée 14 et la sortie 16, ainsi qu'un culot 22 amovible rapporté sur la structure porteuse 20 pour former, avec cette dernière, l'enceinte 15 étanche 13. Le culot 22 obture un orifice 23 de passage du filtre à particules, cet orifice étant défini par la structure porteuse 20.
Plus précisément, dans le mode de réalisation représenté à la figure 1, la structure porteuse 20 comporte une virole extérieure 24 prolongée à une extrémité par une calotte ou coupelle extérieure 26 sur laquelle est rac20 cordée une tubulure 28 délimitant la sortie 16.
La virole 24 a une longueur supérieure à celle du filtre à particules 18.
Le filtre 18 est disposé suivant l'axe de la virole 24.
A l'intérieur de l'espace délimité par la calotte extérieure 26 est disposée une calotte intérieure 30 sur laquelle est piquée une tubulure 32 délimi25 tant l'entrée 14 d'introduction des gaz. La tubulure 32 traverse la calotte extérieure 26. Les calottes 26 et 30 sont disposées sensiblement coaxialement. La calotte 30 est retenue à l'intérieur de la calotte 26 par la tubulure 32 qui est soudée, à sa périphérie, à la calotte 26.
Quatre pattes de liaison 34 sont solidarisées à la surface extérieure 30 de la virole 24 afin d'assurer la fixation permanente, par exemple par boulonnage, de la structure porteuse 20 à la caisse du véhicule automobile.
Plus précisément, le culot 22 est formé d'une calotte ou coupelle amovible 40 présentant une collerette périphérique 42. Une collerette périphérique identique 44 est ménagée autour de l'orifice 23 à l'extrémité ouverte de la virole 24. Des perçages alignés sont ménagés dans les collerettes 42 et 44 permettant la solidarisation du culot 22 à l'extrémité de la virole 24. Avantageusement, un joint non représenté est inséré entre les deux col5 lerettes pour assurer une étanchéité aux gaz.
Le filtre à particules 18 est porté par la coupelle 40. A cet effet, le filtre à particules 18, généralement cylindrique, est entouré, suivant toute sa longueur, d'un fourreau tubulaire 46 délimité par une paroi généralement pleine.
A son extrémité disposée du côté de la face amont 18A du filtre à par10 ticules, l'extrémité notée 48 du fourreau 46 se raccorde à la périphérie de la calotte intérieure 30. Afin d'assurer une étanchéité entre le fourreau 46 et la calotte 30, l'extrémité 48 du fourreau et la périphérie de la calotte 30 comportent des profils d'emboîtement complémentaires.
A son autre extrémité notée 50, le fourreau 46 se prolonge au-delà du 15 filtre à particules 18 jusqu'à la surface intérieure de la calotte 22 par un tronçon libre 51 de sortie des gaz. Ce tronçon présente un ensemble de passages 52 traversant répartis suivant sa périphérie. Ces passages 52 sont formés par des fentes longitudinales et/ou des perçages circulaires.
Le fourreau 46 a une section extérieure inférieure à la section inté20 rieure de la virole 24, de sorte qu'un espace annulaire 54 de circulation des gaz d'échappement est défini entre la virole et le fourreau. Cet espace annulaire 54 relie la face aval 18B du filtre à la sortie 16 via les passages 52 et la tubulure 28.
Lorsque le dispositif est monté dans un véhicule automobile, les en25 trée 14 et sortie 16 sont connectées à la ligne d'échappement. Seule la structure porteuse 20 et éventuellement les tubulures 28 et 32 sont liées à la caisse du véhicule. En revanche, le culot 22 n'est pas solidarisé directement à la caisse du véhicule et peut donc être démonté du véhicule avec le filtre à particules 18 sans que la structure porteuse 20 ne soit démontée du véhi30 cule et désolidarisée du reste de la ligne d'échappement.
En fonctionnement, les gaz d'échappement circulent depuis l'entrée 14 au travers du filtre à particules 18 en passant par la tubulure 32 et la calotte 30. En sortant du filtre à particules, les gaz passent du tronçon de sortie 52 jusque dans l'espace annulaire 54 défini entre la virole 24 et le fourreau 46. Les gaz sont ensuite guidés par la calotte extérieure 26 jusqu'à la tubulure 28 pour être amenés à la sortie 16 d'évacuation des gaz.
Pour procéder au nettoyage du filtre à particules, les boulons mainte5 nant le culot 22 sont démontés et le culot est séparé de la structure porteuse 22. Lors du retrait du culot, le filtre à particules 18 est extrait de l'espace 13 délimité par la virole 24. Il est ainsi possible de procéder au nettoyage de la face amont 18A du filtre à particules, laquelle est accessible à l'extrémité 48 du fourreau 46.
Pour remonter le filtre à particules, celui-ci est engagé dans la structure porteuse et le culot 22 est reboutonné à l'extrémité de la virole 24.
On conçoit que la structure porteuse présentant l'entrée 14 d'introduction des gaz d'échappement et la sortie 16 n'a pas à être démontée, de sorte qu'aucune intervention ne doit être faite directement sur la ligne d'échappe15 ment.
Un autre avantage du dispositif réside dans le fait que les gaz sortant du filtre à particules 18 et circulant dans l'espace annulaire 54 apportent de manière continue de l'énergie thermique au filtre à particules 18, ce qui est particulièrement avantageux lors des phases de régénération du filtre à par20 ticules 18.
Des variantes de réalisation sont illustrées sur les figures 2 et 3.
Dans ces modes de réalisation, les éléments identiques ou analogues à ceux de la figure 1 portent les mêmes numéros de référence.
Dans le mode de réalisation de la figure 2, la sortie 16 pour les gaz 25 d'échappement est formée à l'extrémité de la virole 24 propre à recevoir le filtre à particules 18. La tubulure 32 formant l'entrée 14 d'introduction des gaz d'échappement se relie radialement à la virole 24, au voisinage de son extrémité opposée à celle présentant l'extrémité de sortie 16.
Dans ce mode de réalisation également, la virole 24 est équipée de 30 pattes 34 de liaison à la pièce du véhicule.
Le culot 22 est formé, dans ce mode de réalisation, d'un tampon 60 propre à obturer l'orifice 23 formé à l'extrémité ouverte de la virole 24. Le tampon supporte le fourreau 46 dans lequel est reçu le filtre à particules 18.
Ce fourreau a une section extérieure complémentaire à la section intérieure de la virole 24, permettant une introduction axiale du fourreau dans la virole sensiblement sans jeu et donc suivant un agencement étanche latéralement.
Entre le filtre à particules 18 et le tampon 60, le fourreau 46 présente 5 un tronçon libre 62 d'entrée des gaz suivant la périphérie duquel sont ménagées des ouvertures 64 s'étendant dans un plan contenant la zone o la tubulure 32 débouche dans la virole 24.
Autour de ce tronçon, la virole 24 présente un bombage annulaire 66 pour l'écoulement des gaz autour du tronçon d'entrée 62.
Le tampon 60 est retenu à l'extrémité de la virole 24 par tout moyen approprié, notamment par boulonnage ou par un cerclage amovible.
Les gaz issus de l'entrée 14 pénètrent dans le fourreau 46 par les ouvertures 64, circulent au travers du filtre à particules 18 puis ressortent par la sortie 16.
Pour le nettoyage et/ou le remplacement du filtre à particules 18, l'entrée 14 et la sortie 16 n'ont pas à être démontées de la ligne d'échappement et seul le culot 22 est démonté du dispositif, entraînant avec lui le filtre à particules qui est extrait depuis l'extrémité ouverte de la virole 24.
Dans le mode de réalisation de la figure 3, l'enceinte 12 est délimitée 20 par deux demi-coques embouties 72, 74 entre lesquelles est disposé le filtre à particules 18. La demi-coque 72 forme la structure porteuse. Cette demicoque présente une ouverture 76 délimitant l'entrée 14 d'introduction des gaz d'échappement et une ouverture 78 délimitant la sortie 16 d'évacuation des gaz d'échappement.
La coque complémentaire 74 forme une cuvette. Les deux coques 72, 74 sont reliées l'une à l'autre suivant un plan de joint 80. A cet effet, elles présentent, à leur périphérie suivant ce plan 80, des collerettes périphériques symétrique l'une de l'autre. Les deux demi-coques sont maintenues l'une contre l'autre par des boulons introduits dans des orifices corres30 pondants des collerettes appliquées l'une contre l'autre.
La demi-coque 72 présentant l'entrée et la sortie forme la structure porteuse du dispositif et comporte des pattes de fixation 34 à la caisse du véhicule. Au contraire, la demi-coque 74 formant culot est dépourvue de patte de fixation et n'est pas liée directement à la caisse du véhicule.
Le filtre à particules 18 s'étend sans jeu sur toute la section transversale du volume délimité par les deux demi-coques 72, 74, de sorte que les 5 gaz d'échappement introduits par l'entrée 14 traversent le filtre à particules avant de ressortir par la sortie 16.
Dans ce mode de réalisation également, le démontage de la demicoque 74 formant culot permet l'extraction du filtre à particules et son nettoyage, sans qu'il soit nécessaire de démonter l'entrée ou la sortie du dispo10 sitif de dépollution.

Claims (8)

REVENDICATIONS
1.- Dispositif de dépollution des gaz d'échappement d'un moteur thermique comportant: - une enveloppe (12) délimitant un volume fermé (13) pour la circula5 tion des gaz d'échappement, ladite enveloppe présentant une entrée (14) pour l'introduction des gaz d'échappement et une sortie (16) pour l'évacuation des gaz d'échappement; et - un organe de traitement des gaz (18) logé dans ladite enveloppe (12) entre l'entrée (14) et la sortie (16), caractérisé en ce que ladite enveloppe (12) comporte: - une structure porteuse (20) dans laquelle sont délimitées l'entrée (14) et la sortie (16), laquelle structure porteuse délimite en outre un orifice (23) de passage de l'organe de traitement des gaz (18) ; et - un culot amovible (22) rapporté sur ladite structure porteuse (20) 15 pour l'obturation dudit orifice (23) de passage de l'organe de traitement des gaz (18).
2.- Dispositif de dépollution selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de traitement des gaz est un filtre à particules (18).
3.- Dispositif de dépollution selon l'une quelconque des revendica20 tions précédentes, caractérisé en ce que ladite structure porteuse (22) comporte une virole extérieure (24) obturée à une première extrémité par une coupelle (26) au travers de laquelle débouche un premier conduit (28) délimitant l'une de l'entrée (14) et de la sortie (16), ledit organe de traitement des gaz (18) étant reçu dans l'espace délimité par ladite virole extérieure 25 (24), l'orifice (23) de passage de l'organe de traitement des gaz (18) étant formé à la seconde extrémité de la virole extérieure (24).
4.- Dispositif de dépollution selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'organe de traitement des gaz (18) présente deux extrémités opposées (18A, 18B), pour l'introduction et la sortie des gaz, et en ce que le dispositif 30 comporte un second conduit (32) délimitant l'autre de l'entrée (14) et de la sortie (16), lequel second conduit (32) traverse la coupelle (26) et présente, à son extrémité faisant saillie du côté intérieur de la coupelle (26), des moyens (30) de connexion à une première extrémité (18A) de l'organe de traitement des gaz (18), un passage (54) de circulation des gaz étant ménagé suivant la longueur de l'organe de traitement des gaz (18), entre l'organe de traitement (18) et la virole extérieure (24) depuis ledit premier conduit (28) jusqu'à la seconde extrémité (18B) de l'organe de traitement des gaz (18).
5.- Dispositif de dépollution selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif comporte un second conduit (32) délimitant l'autre de l'entrée (14) et de la sortie (16) et en ce que ledit second conduit (32) débouche au travers de la virole externe (24) au voisinage de sa seconde extrémité.
6.- Dispositif de dépollution selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'organe de traitement des gaz (18) est engagé suivant un agencement sensiblement étanche latéralement à l'intérieur de la virole extérieure (24).
7.- Dispositif de dépollution selon la revendication 4, 5 ou 6, caractérisé en ce que le culot (22) comporte une coupelle amovible (40) liée à la se15 conde extrémité de la virole extérieure (24), l'organe de traitement (18) étant supporté par un fourreau (46) lié à ladite coupelle amovible (40), lequel fourreau (46) présente au moins un passage (52; 64) d'écoulement des gaz disposé entre la coupelle amovible (40) et l'une des extrémités (18A, 18B) de l'organe de traitement (18).
8.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite structure porteuse est formée d'une demicoque (72) présentant deux orifices (76, 78) formant lesdites entrée (14) et sortie (16) et le culot (22) comporte une demi-coque associée (74), les deux demicoques (72, 74) présentant des bords périphériques complémentaires 25 suivant lesquels elles sont accolées, l'organe de traitement des gaz (18) étant interposé suivant un agencement sensiblement étanche latéralement entre les deux demi-coques (72, 74).
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