FR2857051A1 - Systeme d'echappement d'un vehicule a moteur comprenant un dispositif catalyseur et/ou un filtre a particules. - Google Patents

Systeme d'echappement d'un vehicule a moteur comprenant un dispositif catalyseur et/ou un filtre a particules. Download PDF

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Abstract

Système d'échappement de véhicule à moteur, comprenant plusieurs tubulures métalliques d'échappement avec un dispositif intermédiaire tel qu'un dispositif catalyseur et/ou un filtre à particules par exemple, caractérisée en ce que la tubulure d'échappement amont (Te) montée entre la sortie de la culasse du groupe moteur et l'entrée du dispositif intermédiaire est équipée d'une structure interne favorisant notamment la mise en chauffe et le maintien en température du dispositif intermédiaire et comprenant au moins un conduit interne souple (10) à faible inertie thermique revêtu par un revêtement (12) souple et réfractaire.

Description

SYSTEME D'ECHAPPEMENT D'UN VEHICULE A MOTEUR COMPRENANT
UN DISPOSITIF CATALYSEUR ETIOU UN FILTRE A PARTICULES
L'invention concerne un système d'échappement d'un 5 véhicule à moteur comprenant notamment un dispositif catalyseur et/ou un filtre à particules.
D'une manière générale, un système d'échappement d'un véhicule à moteur est monté en sortie de la culasse du groupe moteur pour évacuer les gaz d'échappement, et comprend un ensemble de tubulures métalliques avec interposition d'un flexible de découplage qui a notamment pour fonction de réaliser la souplesse nécessaire au découplage vibratoire du moteur par rapport à la ligne d'échappement d'une part et à la caisse d'autre part, et d'un dispositif catalyseur qui a notamment pour fonction d'améliorer la qualité des gaz d'échappement vis-à-vis de l'environnement.
Un dispositif catalyseur ne peut correctement fonctionner que lorsqu'il a atteint une température de l'ordre de 250 C à 300 C. Autrement dit, lors d'un démarrage à froid du moteur, une telle température ne peut être immédiatement atteinte du fait que celle des gaz d'échappement n'est pas encore suffisante, et le dispositif catalyseur ne remplit donc pas correctement sa fonction. C'est pendant cette phase de démarrage à froid que se concentre l'essentiel de la pollution du véhicule. Des problèmes de maintien en température se produisent aussi avec des filtres à particules utilisés pour les moteurs Diesel.
Il est connu du document US-6,155,046 de réaliser notamment la tubulure d'échappement en sortie de la culasse avec une paroi métallique interne et une paroi métallique externe qui sont séparées l'une de l'autre par un espace d'air. Une telle structure serait apte à réduire la chute de température des gaz d'échappement et à favoriser le fonctionnement du dispositif catalyseur. La réalisation d'une telle structure n'est pas évidente, en particulier au niveau des moyens de raccordement des deux parois interne et externe, et cette solution est donc délicate à mettre en oeuvre.
Un but de l'invention est donc d'assurer notamment une mise en chauffe rapide et le maintien en température du dispositif catalyseur et/ou du filtre à particules avec une structure nouvelle de tubulure d'échappement n'ayant rien à voir avec celle de l'art antérieur précité.
A cet effet, l'invention propose un système d'échappement de véhicule à moteur, comprenant plusieurs tubulures métalliques d'échappement avec dispositif intermédiaire tel qu'un dispositif catalyseur et/ou un filtre à particules, qui est caractérisée en ce qu'au moins la tubulure d'échappement amont apte à être montée entre la sortie de la culasse du groupe moteur et l'entrée du dispositif intermédiaire est équipée d'une structure interne favorisant notamment la mise en chauffe et le maintien en température du dispositif intermédiaire et comprenant au moins un conduit métallique souple et de faible inertie thermique qui est revêtu par un revêtement souple et réfractaire.
Avantageusement, le conduit à faible inertie thermique peut être formé par un agrafé en acier inoxydable par exemple, alors que le revêtement souple et réfractaire peut être une structure monocouche qui peut être réalisée par une chaussette en céramique ou en fibres de verre, ou une structure multicouche avec une couche interne en feutre de céramique et une couche externe formant une chaussette en céramique, ou une couche interne formée d'une chaussette en céramique et une couche externe formée par un tissu de fibres de verre.
D'une manière générale, la structure interne favorisant notamment la mise en chauffe du dispositif catalyseur peut être glissée légèrement à force dans la tubulure d'échappement sur une longueur qui peut atteindre 20 à 30cm par exemple.
La structure interne favorisant notamment la mise en chauffe du dispositif catalyseur peut également assurer une continuité thermique avec le flexible de découplage dont la structure interne peut être constituée par ladite structure interne.
D'autres avantages, caractéristiques et détails de l'invention ressortiront du complément de description qui va suivre en référence à des dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique d'un système d'échappement classique d'un véhicule à moteur et comprenant notamment un dispositif catalyseur ou un filtre à particules; - la figure 2 est une demi-vue en coupe de la structure d'une tubulure d'échappement en amont du catalyseur dans un système d'échappement selon l'invention; - les figures 3a à 3d sont des demi-vues en coupes pour illustrer différents modes de réalisation de la structure interne de la tubulure d'échappement amont dans un système d'échappement selon l'invention; - la figure 4 est une demi-vue en coupe pour illustrer une variante de réalisation de la structure interne de la tubulure d'échappement amont du système d'échappement selon l'invention; la figure 5 est une demi-vue en coupe pour illustrer une variante de réalisation de la structure interne de la tubulure d'échappement amont du système d'échappement selon l'invention; et - la figure 6 est une demi-vue en coupe pour illustrer une autre variante de réalisation de la structure interne de la tubulure d'échappement amont du système d'échappement selon l'invention.
D'une manière générale, comme cela est illustré à la figure 1, un système d'échappement 1 pour un véhicule à moteur V est montée à la sortie de la culasse 2 du moteur et comprend notamment, dans la direction d'écoulement des gaz d'échappement, au moins une tubulure amont ou d'entrée Te formée d'une tubulure métallique 3, un dispositif catalyseur etllou un filtre à particules, dénommé ci-après dispositif intermédiaire 5, un silencieux 6, une tubulure aval ou de sortie Ts et plusieurs tubulures intermédiaires Ti. Dans certains systèmes d'échappement, on a également la présence d'un flexible de découplage 7 (en traits pointillés) qui est monté en amont du dispositif intermédiaire 5. Les différents éléments du système d'échappement sont métalliques et raccordés entre eux par des demicolliers métalliques (non représentés) par exemple, et le système d'échappement 1 est suspendu à la caisse 8 du véhicule par des moyens 9 tels que des sangles ou des plots de suspension en un matériau élastomère par exemple.
L'invention concerne plus précisément au moins une tubulure située en amont du dispositif intermédiaire pour les raisons évoquées en préambule. D'une manière générale, la tubulure amont Te est constituée par un conduit métallique 3 d'une épaisseur de l'ordre de là 4 mm par exemple en acier inoxydable ou en fonte, qui doit supporter des gaz d'échappement ayant une température qui peut atteindre 900 C et une vitesse d'écoulement de l'ordre de plusieurs dizaines de mètres par seconde.
Le bon fonctionnement du dispositif intermédiaire 5 impose un temps de réponse nécessaire à sa mise en chauffe lors d'un démarrage à froid du moteur et, pour réduire au minimum ce temps de réponse, l'invention prévoit notamment une structure interne particulière pour la tubulure Te du système d'échappement.
Plus précisément, en se reportant à la figure 2, la tubulure amont Te présente une structure interne favorisant la mise en chauffe du dispositif intermédiaire 5 qui comprend, selon un mode de réalisation de cette structure, un conduit interne métallique et souple 10 à faible inertie thermique qui est destiné à être au contact du flux des gaz d'échappement et un revêtement 12 souple et réfractaire qui est interposé entre le conduit interne 10 et la paroi interne de la tubulure amont Te.
Le conduit interne 10 doit être initialement souple en flexion pour pouvoir être coudé et il doit être également résistant à la température 25 puisqu'il est exposé directement aux gaz d'échappement.
Les figures 3a à 3d montrent divers modes de réalisation du conduit interne 10, qui sont donnés à titre d'exemple. Sur la figure 3a, le conduit interne 10 est un agrafé métallique en acier inoxydable avec une épaisseur de l'ordre de 0,3 à 0,5 mm par exemple. Sur la figure 3b, le conduit interne 10 est un ressort, de préférence à fil plat et à spires jointives ou quasi-jointives. Avantageusement, l'espacement e des spires du ressort est faible, de l'ordre de une à trois fois l'épaisseur a du fil. Sur la figure 3c, le conduit interne 10 est un tube ondulé ou en métal déployé. Sur la figure 3d, le conduit interne 10 est un ressort à recouvrement de spires.
Le revêtement 12 qui doit être souple et réfractaire peut avoir une structure monocouche comme dans le cas de la figure 2 où il est constitué par une chaussette qui peut présenter de petites côtes pour lui donner plus de compressibilité, ou un tissu en céramique ou en fibres de verre par exemple. Le revêtement 12 peut également présenter une structure multi-couche du type de celle illustrée sur la figure 4, où il comprend une couche interne 12a formée d'un feutre en céramique et une couche externe 12b formée d'une chaussette ou d'un tissu en fibres de verre, ou inversement. On peut également prévoir une couche intermédiaire 12c formée d'un feutre en céramique ou en fibres de verre. Avantageusement, le revêtement 12 présente un diamètre interne inférieur au diamètre externe du conduit interne 10 de manière à venir se pincer sur celui-ci pour être maintenu en place.
D'une manière générale, cette structure interne 10 et 12 favorisant la mise en chauffe du dispositif intermédiaire 5 s'étend de préférence sur toute la longueur de la tubulure amont Te, par exemple sur une longueur de 20 à 30cm, et est glissée légèrement à force à l'intérieur de la tubulure Te, de manière à être en contact serré avec la paroi interne de la tubulure amont Te sans qu'il soit nécessaire de prévoir des moyens de fixation pour la maintenir en place.
Cependant, en se reportant à la figure 5, il peut être prévu un dispositif de maintien 20 à l'intérieur de la tubulure amont Te, ce dispositif 20 étant monté à l'extrémité amont du conduit interne 10 revêtu du revêtement 12. Le dispositif de maintien 20 est par exemple constitué par une bague métallique 22, à demi-section droite en forme de U, engagée à force à l'extrémité amont du conduit interne 10 et de son revêtement 12, la partie externe de la bague 22 présentant un ou plusieurs bossages 22a à rappel élastique aptes à venir en contact avec la paroi interne de la tubulure amont Te. Le dispositif de maintien 20 peut être complété par des dispositifs de maintien auxiliaires 25 répartis le long de la tubulure amont Te. Chaque dispositif de maintien auxiliaire 25 est par exemple constitué par une bague métallique 27 montée à force autour du revêtement 12 du conduit interne 10, et qui présente des bossages radialement externes 27a à rappel élastique qui viennent en contact avec la paroi interne de la tubulure amont Te. Localement, le revêtement 12 peut comprendre des surépaisseurs compressibles 12' en un matériau réfractaire, en céramique ou verre par exemple, sous la forme d'un feutre ou d'un tissu. Ces surépaisseurs 12' sont par exemple intercalées entre le conduit interne 10 et le revêtement 12.
Dans les modes de réalisation décrits précédemment, on introduit un ensemble souple 10 et 12 dans une tubulure du système d'échappement, sachant que l'on peut assembler le conduit interne 10 revêtu de sont isolation 12 avec un tube externe Te ayant une épaisseur modérée de l'ordre de 0,6 mm par exemple, puis se servir de l'appui interne constitué par le conduit interne 10 pour cintrer l'ensemble à sa forme définitive, et enfin solidariser le tube interne 10 et le tube externe Te par un soudage par points par exemple aux extrémités. On a ainsi réalisé un conduit rigide, isolé et léger.
D'une manière générale, le système d'échappement 1 peut intégrer n'importe quel type de flexible de découplage 7. Cependant, il peut être avantageux d'assurer une continuité du point de vue thermique entre la tubulure amont Te et le flexible de découplage 7. A cet effet, comme cela est illustré sur la figure 6, la partie interne A du flexible de découplage qui est au contact du flux des gaz d'échappement, est avantageusement constituée par la structure interne 10 et 12 de la tubulure amont Te qui est reliée au flexible de découplage 7. Par ailleurs, le flexible de découplage 7 comprend une partie intermédiaire B d'isolation thermique et une enveloppe externe étanche C qui est constituée d'une partie centrale souple 15 et de deux coiffes d'extrémité métalliques 17. Chaque coiffe 17 peut être fixée par un sertissage élastique local ou continu sur la partie interne A du flexible 7 d'une part et sur les tubulures de raccordement Te et Ti par soudage d'autre part.
Dans les exemples de réalisation décrits précédemment, on a volontairement limité le système d'échappement à une tubulure amont 3 en sortie de la culasse 2 du moteur, sachant que cette tubulure amont 3 se scinde en fait en plusieurs tubulures, à raison d'une tubulure par cylindre du moteur, qui se raccordent ensuite sur une seule tubulure dans laquelle se trouve le dispositif intermédiaire 5. Bien évidemment, la tubulure amont 3 selon l'invention intègre toutes ces tubulures situées en amont du dispositif intermédiaire 5.

Claims (1)

  1. 2857051 REVENDICATIONS
    1. Système d'échappement de véhicule à moteur, comprenant plusieurs tubulures métalliques d'échappement avec un dispositif intermédiaire (5) tel qu'un dispositif catalyseur et/ou un filtre à particules par exemple, caractérisée en ce que la tubulure d'échappement amont (Te) montée entre la sortie de la culasse (2) du groupe moteur et l'entrée du dispositif intermédiaire (5) est équipée d'une structure interne favorisant notamment la mise en chauffe et le maintien en température du dispositif io intermédiaire (5) et comprenant au moins un conduit interne souple (10) à faible inertie thermique revêtu par un revêtement (12) souple et réfractaire.
    2. Système d'échappement selon la revendication 1, dans lequel le conduit (10) est formé par un agrafé en acier inoxydable par exemple.
    3. Système d'échappement selon la revendication 1, dans lequel le conduit interne (10) est formé par un ressort.
    4. Ligne d'échappement selon la revendication 3, dans lequel le conduit interne (10) est formé par un ressort de type hélicoïdal à fil plat et à spires jointives ou très faiblement espacées.
    5. Système d'échappement selon la revendication 4, dans lequel les spires du ressort sont à recouvrement.
    6. Système d'échappement selon la revendication 1, dans lequel le conduit interne (10) est formé par un onduleux métallique.
    7. Système d'échappement selon la revendication 1, dans lequel le conduit interne (10) est formé par un tube en métal déployé.
    8. Système d'échappement selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le revêtement (12) souple et réfractaire est une chaussette en céramique ou en fibres de verre.
    9. Système d'échappement selon l'une quelconque des 3o revendications 1 à 7, dans lequel le revêtement (12) souple et réfractaire est constitué par une couche interne (12a) formée d'un feutre céramique ou en 20 fibres de verre et par une couche externe (12b) formée par une chaussette en fibres de verre ou en céramique.
    10. Système d'échappement selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel le revêtement (12) est constitué par une couche interne (12a) formée par une chaussette ou un tissu céramique ou en fibres de verre, un feutre intermédiaire (12c) en céramique ou en fibres de verre, et une couche externe (12b) formée par une chaussette ou un tissu céramique ou en fibres de verre.
    11. Système d'échappement selon la revendication 8 ou 9, io dans laquelle la chaussette externe présente de petites "côtes" pour lui donner de la compressibilité.
    12. Système d'échappement selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la structure interne (10, 12) favorisant la mise en chauffe du dispositif intermédiaire (5) est glissée légèrement à force dans la tubulure d'échappement.
    13. Système d'échappement selon l'une des revendications 1 à 11, dans laquelle la structure interne (10, 12) est maintenue dans la tubulure d'échappement (Te) par des moyens de maintien (20) à rappel élastique.
    14. Système d'échappement selon la revendication 13, dans laquelle les moyens de maintien (20) comprennent au moins une bague métallique (22), à demi-section droite en U, engagée à force à l'extrémité amont de la structure interne (10, 12) et qui présente sur sa paroi externe des bossages radialement externes (22a) à rappel élastique.
    15. Système d'échappement selon la revendication 13 ou 14, dans laquelle les moyens de maintien (20) comprennent des bagues métalliques (27) réparties le long de la tubulure amont (Te) et qui présentent des bossages radialement externes (27a) à rappel élastique.
    16. Système d'échappement selon l'une des revendications 30 13 à 15, dans laquelle le revêtement (12) présente au moins localement des surépaisseurs compressibles (12a) en un matériau réfractaire. i0
    17. Système d'échappement selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la structure interne (10, 12) est engagée sur une longueur de 20 à 30cm dans la tubulure d'échappement.
    18. Système d'échappement selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la structure interne (10, 12) assure une continuité thermique avec la partie interne (A) d'un flexible de découplage (7).
    19. Système d'échappement selon la revendication 18, dans laquelle la partie interne (A) du flexible de découplage (5) est formée par la structure interne (10, 12) de la tubulure amont (Te). i0
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