FR2861132A1 - Thermal engine with turbocompressor and means of reducing start-up time for exhaust catalyst from cold starting includes pipe which can bypass turbocompressor turbine - Google Patents

Thermal engine with turbocompressor and means of reducing start-up time for exhaust catalyst from cold starting includes pipe which can bypass turbocompressor turbine Download PDF

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Abstract

A first pipe connects the outlet from the exhaust gas collector (5) to the inlet of the turbine (6) of a turbocompressor and a second pipe (7) connects the outlet from the turbine to the inlet (8) of a primary catalyst (9). A bypass line (11) directly connects the collector to the primary catalyst inlet, and has means (12) of opening or closing the bypass line to the flow of exhaust gases : The bypass line and the second pipe have a common junction with the inlet to the catalyst, which contains a valve moving between a first position opening the bypass line and closing the second pipe and a second position closing the bypass line and opening the second pipe. The valve is operated by an actuator, controlled so it holds the valve in the first position until the catalyst reaches a high enough temperature to purify the exhaust gases. Once the catalyst has reached a predetermined temperature threshold, the valve is switched to the second position.

Description

La présente invention concerne un moteur thermique à turbocompresseur,The present invention relates to a turbocharged heat engine,

par exemple à allumage commandé et/ou par compression.  for example spark ignition and / or compression.

La figure 1 représente un moteur thermique 1 à allumage commandé et/ou par compression, du type V6 comprenant deux culasses 2, 3 portant chacune un collecteur des gaz d'échappement 4, 5. Ces collecteurs de gaz d'échappement sont reliés à l'entrée de la turbine 6 du turbocompresseur par deux premiers conduits.  FIG. 1 represents a combustion engine 1 with positive ignition and / or compression type V6 comprising two cylinder heads 2, 3 each carrying an exhaust manifold 4, 5. These exhaust gas manifolds are connected to the exhaust gas manifold Turbocharger turbine 6 inlet by two first ducts.

Un second conduit 7 relie la sortie de la turbine 6 à l'entrée conique 8 d'un catalyseur primaire 9. La sortie conique 10 de ce catalyseur est raccordée à un second catalyseur et à une ligne d'échappement non représentée.  A second duct 7 connects the outlet of the turbine 6 to the conical inlet 8 of a primary catalyst 9. The conical outlet 10 of this catalyst is connected to a second catalyst and an unillustrated exhaust line.

On sait que la matière active contenue dans le catalyseur 9 ne devient efficace pour dépolluer les gaz d'échappement qu'à partir d'une certaine température de l'ordre de 900 C. Par conséquent, pendant une certaine période après le démarrage à froid du moteur thermique le catalyseur n'est pas efficace et les gaz d'échappement sortant de la ligne d'échappement sont polluants.  It is known that the active substance contained in the catalyst 9 only becomes effective for cleaning the exhaust gases after a certain temperature of the order of 900 C. Therefore, for a certain period after the cold start of the engine the catalyst is not effective and the exhaust gases leaving the exhaust line are pollutants.

Pour remédier à cet inconvénient, le conduit 7 reliant la turbine 6 à l'entrée du catalyseur 9 comporte une double enveloppe en tôle pour réduire les déperditions thermiques des gaz d'échappement le long de leur parcours jusqu'à leur arrivée dans le catalyseur. De ce fait, on parvient à réduire la durée s'écoulant entre le démarrage à froid du moteur thermique et l'instant où le catalyseur devient efficace pour dépolluer les gaz d'échappement.  To remedy this drawback, the duct 7 connecting the turbine 6 to the catalyst inlet 9 comprises a double sheet-metal casing to reduce the thermal losses of the exhaust gases along their path until they reach the catalyst. As a result, it is possible to reduce the time elapsing between the cold start of the heat engine and the instant when the catalyst becomes effective for cleaning the exhaust gas.

Le but de la présente invention est de créer un dispositif qui permet de réduire encore davantage la durée précitée pour limiter la pollution engendrée par les gaz d'échappement lors de la période de démarrage à froid.  The object of the present invention is to create a device that further reduces the aforementioned duration to limit the pollution generated by the exhaust gas during the cold start period.

Suivant l'invention, le moteur thermique comprenant au moins un collecteur des gaz d'échappement, un premier conduit reliant la sortie du collecteur à l'entrée de la turbine d'un turbocompresseur, un second conduit reliant la sortie de cette turbine à l'entrée d'un catalyseur primaire est caractérisé en ce qu'il comprend un conduit de dérivation reliant directement le collecteur des gaz d'échappement à l'entrée du catalyseur, ce conduit de dérivation comportant des moyens pour libérer ou interdire le passage des gaz d'échappement par ce conduit de dérivation.  According to the invention, the heat engine comprising at least one exhaust gas manifold, a first duct connecting the outlet of the collector to the inlet of the turbine of a turbocharger, a second duct connecting the outlet of this turbine to the The inlet of a primary catalyst is characterized in that it comprises a bypass duct directly connecting the exhaust gas manifold to the inlet of the catalyst, this bypass duct comprising means for releasing or preventing the passage of gases. exhaust through this bypass duct.

Ainsi, grâce au conduit de dérivation ci-dessus les gaz d'échappement sont conduits directement dans le catalyseur sans passer par le turbocompresseur puisque le moteur thermique est faiblement sollicité dans la période suivant son démarrage à froid. De ce fait, la matière active du catalyseur s'échauffe très rapidement et devient efficace pour dépolluer les gaz d'échappement en un intervalle de temps beaucoup plus réduit que dans les solutions classiques.  Thus, thanks to the bypass duct above the exhaust gas is conducted directly into the catalyst without going through the turbocharger since the heat engine is weakly solicited in the period following its cold start. As a result, the active material of the catalyst heats up very rapidly and becomes effective in cleaning the exhaust gases in a much shorter time interval than in conventional solutions.

Selon une version préférée de l'invention, la conduite de dérivation et ledit second conduit présentent une jonction commune avec l'entrée du catalyseur, cette jonction commune comportant un clapet mobile entre une première position, dans laquelle le clapet libère le passage des gaz depuis la conduite de dérivation vers l'entrée du catalyseur et le clapet obture au moins partiellement le passage des gaz depuis ledit second conduit vers l'entrée du catalyseur et une seconde position, dans laquelle le clapet obture le passage des gaz depuis la conduite de dérivation vers l'entrée du catalyseur et le clapet libère le passage des gaz depuis ledit second conduit vers l'entrée du catalyseur.  According to a preferred version of the invention, the bypass pipe and said second pipe have a common junction with the catalyst inlet, this joint junction comprising a valve movable between a first position, in which the valve releases the passage of gases from the bypass line to the catalyst inlet and the valve at least partially closes the passage of gases from said second conduit to the catalyst inlet and a second position, in which the valve closes the passage of gases from the bypass pipe to the inlet of the catalyst and the valve releases the passage of gases from said second conduit to the catalyst inlet.

Les moyens précités ou ledit clapet peuvent être commandés par un actionneur.  The aforementioned means or said valve can be controlled by an actuator.

Cet actionneur peut lui-même être commandé par des moyens maintenant le clapet dans la première position tant que le catalyseur n'a pas atteint une température suffisante pour dépolluer les gaz échappement.  This actuator can itself be controlled by means holding the valve in the first position until the catalyst has reached a temperature sufficient to clean exhaust gases.

De même, l'actionneur peut être commandé par des moyens permettant de le déplacer vers la seconde position lorsque le catalyseur a atteint une température suffisante pour dépolluer les gaz d'échappement ou lorsque la charge du moteur dépasse un seuil prédéterminé nécessitant la mise en action du turbocompresseur.  Similarly, the actuator can be controlled by means for moving it to the second position when the catalyst has reached a temperature sufficient to clean up the exhaust gas or when the engine load exceeds a predetermined threshold requiring actuation. turbocharger.

D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après.  Other features and advantages of the invention will become apparent in the description below.

La figure 2 est un schéma montrant un moteur thermique, par exemple à allumage commandé et/ou par compression, équipé d'un dispositif selon l'invention.  FIG. 2 is a diagram showing a heat engine, for example a spark ignition and / or compression engine, equipped with a device according to the invention.

Sur cette figure 2, les mêmes références désignent les parties communes avec celles de la disposition classique illustrée par la figure 1.  In this Figure 2, the same references designate the common parts with those of the conventional arrangement illustrated in Figure 1.

On voit sur cette figure 2 qu'un conduit de dérivation 11 relie directement le collecteur de gaz d'échappement 5 à l'entrée 8 du catalyseur 9.  FIG. 2 shows that a bypass duct 11 directly connects the exhaust gas manifold 5 to the inlet 8 of the catalyst 9.

Ce conduit de dérivation 11 comporte un clapet 12 permettant de libérer ou d'interdire le passage des gaz d'échappement par le conduit de dérivation 11. Dans l'exemple représenté sur la figure 2, la conduite de dérivation 11 et le second conduit 7 présentent une jonction commune avec l'entrée du catalyseur 9.  This bypass duct 11 comprises a valve 12 making it possible to release or prohibit the passage of the exhaust gases through the bypass duct 11. In the example shown in FIG. 2, the bypass duct 11 and the second duct 7 have a common junction with the inlet of the catalyst 9.

Cette jonction commune comporte un clapet 12 mobile entre deux positions.  This common junction comprises a valve 12 movable between two positions.

Dans la première position (celle représentée sur la figure 2) le clapet 12 libère le passage des gaz depuis le conduit de dérivation 11 vers l'entrée 8 du catalyseur. Dans cette position, le clapet 12 obture au moins partiellement le passage des gaz depuis le second conduit 7 vers l'entrée 8 du catalyseur.  In the first position (that shown in Figure 2) the valve 12 releases the passage of the gas from the bypass duct 11 to the inlet 8 of the catalyst. In this position, the valve 12 at least partially closes the passage of the gases from the second conduit 7 to the inlet 8 of the catalyst.

Dans la seconde position (représentée en pointillé sur la figure 2) le clapet 12 obture le passage des gaz depuis la conduite de dérivation 11 vers l'entrée 8 du catalyseur. Dans cette seconde position, le clapet 12 libère complètement le passage des gaz depuis le second conduit 7 vers l'entrée du catalyseur.  In the second position (shown in dashed lines in FIG. 2), the valve 12 blocks the passage of gases from the bypass line 11 to the inlet 8 of the catalyst. In this second position, the valve 12 completely releases the gas passage from the second conduit 7 to the catalyst inlet.

Le clapet 12 est commandé par un actionneur 13.  The valve 12 is controlled by an actuator 13.

L'actionneur 13 peut être lui-même commandé par des moyens qui maintiennent le clapet 12 dans la première position tant que le catalyseur 9 n'a pas atteint une température suffisante pour dépolluer les gaz d'échappement.  The actuator 13 may itself be controlled by means which maintain the valve 12 in the first position until the catalyst 9 has reached a temperature sufficient to clean up the exhaust gas.

De même, l'actionneur est commandé par des moyens qui le déplacent automatiquement vers la seconde position lorsque le catalyseur a atteint une température suffisante pour dépolluer les gaz d'échappement ou lorsque la charge du moteur dépasse un seuil prédéterminé nécessitant la mise en action du turbocompresseur et par conséquent le passage des gaz d'échappement par le conduit 7.  Similarly, the actuator is controlled by means that automatically move it to the second position when the catalyst has reached a temperature sufficient to clean up the exhaust gas or when the engine load exceeds a predetermined threshold requiring the actuation of the engine. turbocharger and therefore the passage of exhaust gases through the conduit 7.

Les principaux avantages du dispositif que l'on vient de décrire sont les suivants: Après le démarrage à froid du moteur thermique les gaz d'échappement passent essentiellement par le conduit de dérivation 11 qui est de longueur courte de sorte que la substance active du catalyseur atteint beaucoup plus rapidement sa température optimale d'efficacité que dans les solutions classiques.  The main advantages of the device that has just been described are as follows: After the cold engine has been started, the exhaust gases essentially pass through the bypass duct 11 which is of short length so that the active substance of the catalyst reaches its optimum temperature much more quickly than in conventional solutions.

Il en résulte une pollution moindre par les gaz d'échappement lors des démarrages à froid. En outre, le conducteur du véhicule équipé d'un tel moteur pourra utiliser plus rapidement le moteur à pleine charge.  This results in less pollution by the exhaust gases during cold starts. In addition, the driver of the vehicle equipped with such an engine will be able to use the engine more quickly at full load.

En outre, la quantité de matière active composée de métaux précieux dans le catalyseur pourra être réduite, ce qui permet de réduire le coût du catalyseur. En outre, l'invention permet de supprimer la double enveloppe en tôle du conduit 7 ce qui présente également une économie.  In addition, the amount of active material composed of precious metals in the catalyst can be reduced, which reduces the cost of the catalyst. In addition, the invention makes it possible to eliminate the double sheet-metal casing of the duct 7, which also has an economy.

Claims (5)

REVENDICATIONS 1. Moteur thermique comprenant au moins un collecteur des gaz d'échappement (5), un premier conduit reliant la sortie du collecteur (5) à l'entrée de la turbine (6) d'un turbocompresseur, un second conduit (7) reliant la sortie de cette turbine (6) à l'entrée (8) d'un catalyseur primaire (9), caractérisé en ce qu'il comprend un conduit de dérivation (11) reliant directement le collecteur (5) des gaz d'échappement à l'entrée (8) du catalyseur (9), ce conduit de dérivation (11) comportant des moyens (12) pour libérer ou interdire le passage des gaz d'échappement par ce conduit de dérivation (11).  A thermal engine comprising at least one exhaust manifold (5), a first duct connecting the outlet of the manifold (5) to the inlet of the turbine (6) of a turbocharger, a second duct (7). connecting the outlet of this turbine (6) to the inlet (8) of a primary catalyst (9), characterized in that it comprises a bypass duct (11) directly connecting the collector (5) of the gases of exhaust at the inlet (8) of the catalyst (9), this bypass duct (11) comprising means (12) for releasing or preventing the passage of exhaust gases through this bypass duct (11). 2. Moteur thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la conduite de dérivation (11) et ledit second conduit (7) présentent une jonction commune avec l'entrée (8) du catalyseur (9), cette jonction commune comportant un clapet (12) mobile entre une première position, dans laquelle le clapet (12) libère le passage des gaz depuis la conduite de dérivation (11) vers l'entrée (8) du catalyseur et le clapet (12) obture au moins partiellement le passage des gaz depuis ledit second conduit (7) vers l'entrée (8) du catalyseur et une seconde position, dans laquelle le clapet (12) obture le passage des gaz depuis la conduite de dérivation (11) vers l'entrée (8) du catalyseur et le clapet (12) libère le passage des gaz depuis ledit second conduit (7) vers l'entrée (8) du catalyseur (9).  2. Heat engine according to claim 1, characterized in that the bypass line (11) and said second duct (7) have a common junction with the inlet (8) of the catalyst (9), this joint junction comprising a valve (12) movable between a first position, wherein the valve (12) releases the gas passage from the bypass line (11) to the catalyst inlet (8) and the valve (12) at least partially closes the passage gases from said second conduit (7) to the catalyst inlet (8) and a second position, wherein the valve (12) closes the gas passage from the bypass pipe (11) to the inlet (8) catalyst and the valve (12) releases the passage of gases from said second conduit (7) to the inlet (8) of the catalyst (9). 3. Moteur thermique selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens ou ledit clapet (12) sont commandés par un actionneur (13).  3. Thermal engine according to claim 2, characterized in that said means or said valve (12) are controlled by an actuator (13). 4. Moteur thermique selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'actionneur (13) est lui-même commandé par des moyens pour maintenir le clapet (12) dans la première position, tant que le catalyseur (9) n'a pas atteint une température suffisante pour dépolluer les gaz d'échappement.  4. Thermal engine according to claim 3, characterized in that the actuator (13) is itself controlled by means for maintaining the valve (12) in the first position, as the catalyst (9) has not reaches a temperature sufficient to clean up the exhaust gas. 5. Moteur thermique selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'actionneur (13) est commandé par des moyens pour déplacer le clapet (12) vers la seconde position lorsque le catalyseur (9) a atteint une température suffisante pour dépolluer les gaz d'échappement ou lorsque la charge du moteur dépasse un seuil prédéterminé.  5. Heat engine according to claim 3, characterized in that the actuator (13) is controlled by means for moving the valve (12) to the second position when the catalyst (9) has reached a temperature sufficient to clean up the gases exhaust or when the engine load exceeds a predetermined threshold.
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