FR2935741A3 - Ligne d'echappement comportant une plaque pour l'homogeneisation du flux des gaz d'echappement. - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne une ligne d'échappement (100) d'un moteur à combustion interne comprenant un conduit d'échappement (160) dont la paroi (165) comporte une partie courbée (161) qui débouche sur une partie rectiligne (162) sur le trajet de laquelle deux dispositifs (110, 120) de traitement des gaz d'échappement sont disposés successivement, à distance l'un de l'autre. Selon l'invention, il est prévu, dans ledit conduit d'échappement, entre les deux dispositifs de traitement des gaz d'échappement, au moins une plaque (150) qui s'étend sensiblement parallèlement à un plan tangent au côté extérieur (167) de ladite partie rectiligne de la paroi du conduit d'échappement qui prolonge le côté extérieur (163) de plus grand rayon de courbure de sa partie courbée.

Description

1 DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne comprenant un conduit d'échappement dont la paroi comporte une partie courbée qui débouche sur une partie rectiligne sur le trajet de laquelle deux dispositifs de traitement des gaz d'échappement sont disposés successivement, à distance l'un de l'autre. ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE La réduction de l'encombrement des moteurs à combustion interne impose dans certains cas l'utilisation d'une ligne d'échappement du type précité.

Cette ligne d'échappement comporte un conduit d'échappement coudé qui présente l'inconvénient de rendre l'écoulement des gaz d'échappement inhomogène. En effet, lorsque le flux de gaz d'échappement arrive dans le coude du conduit d'échappement, les forces centrifuges s'exerçant sur ce flux ont tendance à le concentrer du côté de plus grand rayon de courbure de la paroi du conduit d'échappement. La partie coudée de la paroi du conduit d'échappement débouche sur une partie rectiligne à l'intérieur de laquelle des dispositifs de traitement des gaz d'échappement sont logés. Le flux des gaz d'échappement en sortie du coude du conduit d'échappement est donc introduit dans un premier des dispositifs de traitement des gaz d'échappement. L'inhomogénéité du flux des gaz d'échappement en entrée de ce dispositif de traitement nuit à son fonctionnement : les polluants sont concentrés dans un volume restreint du dispositif de traitement et ne sont pas répartis de manière homogène dans son volume. Cela provoque d'importants gradients thermiques lors du fonctionnement de ces dispositifs de traitement, qui augmentent les contraintes thermo-mécaniques exercées sur ceux-ci. OBJET DE L'INVENTION Le but de la présente invention est de proposer une ligne d'échappement courbée en amont de dispositifs de traitement des gaz d'échappement dans laquelle l'écoulement de ces gaz d'échappement est homogène à l'entrée de ces dispositifs. A cet effet, on propose selon l'invention une ligne d'échappement telle que définie en introduction, dans laquelle il est prévu, dans ledit conduit d'échappement, entre les deux dispositifs de traitement des gaz d'échappement, au moins une plaque qui s'étend sensiblement parallèlement à un plan tangent au côté extérieur de ladite partie rectiligne de la paroi du conduit d'échappement qui prolonge le côté extérieur de plus grand rayon de courbure de sa partie courbée. Le coude du conduit d'échappement situé en amont de l'entrée des dispositifs de traitement provoque une concentration des gaz d'échappement du côté de plus grand rayon de courbure du conduit d'échappement. Ainsi, les gaz d'échappement ont tendance à traverser le premier dispositif de traitement dans une zone située à proximité de ce côté de plus grand rayon de courbure. Passé le premier dispositif de traitement, les gaz d'échappement ont au contraire tendance à se répartir à nouveau uniformément dans le conduit d'échappement. Pour cela, une partie des gaz d'échappement concentrés du côté extérieur de ladite paroi du conduit d'échappement migre transversalement vers le côté intérieur opposé. Grâce à l'invention, la présence de ladite plaque prévue entre les deux dispositifs de traitement limite cette migration car les gaz d'échappement sont arrêtés par la plaque et ne peuvent donc pas atteindre la zone comprise entre la plaque et ledit côté intérieur de la partie rectiligne de la paroi du conduit d'échappement. La pression dans cette zone devient plus faible que la pression en entrée du premier dispositif de traitement, et les gaz d'échappement arrivant à l'entrée de ce premier dispositif de traitement sont aspirés vers la zone située à proximité du côté intérieur de la partie rectiligne du conduit d'échappement. Pour cela, ils sont entraînés vers le côté de la partie courbée de plus faible rayon de courbure de la paroi du conduit d'échappement. De cette manière, on homogénéise la répartition des gaz d'échappement à l'entrée du premier dispositif de traitement. Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non-limitatives de la ligne d'échappement selon l'invention - chaque plaque est positionnée à une distance du côté extérieur de la partie rectiligne de la paroi du conduit d'échappement au moins égale au rayon de ladite partie rectiligne du conduit d'échappement ; - il est prévu deux plaques réparties régulièrement entre l'axe du conduit d'échappement et le côté intérieur de la paroi dudit conduit d'échappement ; - chaque plaque est ondulée selon la direction de l'axe du conduit d'échappement ; - les deux dispositifs de traitement des gaz d'échappement comportent successivement dans le sens d'écoulement des gaz d'échappement un catalyseur et un filtre à particules ; et, - chaque plaque présente une forme globalement rectangulaire, de longueur égale, au jeu près, à l'écart entre les deux dispositifs de traitement des gaz d'échappement et de largeur adaptée à obturer longitudinalement 3 complètement le conduit d'échappement. DESCRIPTION DÉTAILLÉE D'UN EXEMPLE DE RÉALISATION La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et 5 comment elle peut être réalisée. Sur les dessins annexés : - la figure 1 est une vue schématique d'un moteur à combustion interne comportant une ligne d'échappement selon l'invention, - la figure 2 est une vue schématique de détail de la figure 1. 10 On a représenté sur la figure 1, un moteur à combustion interne suralimenté comportant une chambre de combustion 330 alimentée en air frais par une ligne d'admission 200 et débouchant en aval sur une ligne d'échappement 100. La ligne d'admission 200 comporte un conduit d'admission 240 dans 15 lequel circule de l'air frais. Le débit d'air frais est mesuré en entrée du conduit d'admission 240 par un débitmètre d'air 210. Le moteur comprend un turbocompresseur 140 comportant deux turbines 141, 142. La turbine entraînante 141 est placée dans un conduit d'échappement 160 de la ligne d'échappement 100 et entraîne la turbine entraînée 142 placée 20 dans le conduit d'admission 240 afin de comprimer l'air frais y circulant. Cette compression ayant pour effet de réchauffer l'air, il est prévu sur le trajet du conduit d'admission 240, un refroidisseur d'air 230 qui refroidit l'air en sortie du turbocompresseur 140. Le conduit d'admission 240 débouche dans un répartiteur 260. Il 25 comporte en amont de ce répartiteur 260 un volet d'admission 250. L'orientation du volet d'admission 250 par rapport à l'axe du conduit d'admission 240 contrôle le débit d'air frais entrant dans le répartiteur 260. Le répartiteur 260 est relié à une valve d'admission 310 munie d'une soupape d'admission d'un cylindre 300 du moteur. L'air comprimé entre via cette 30 valve d'admission 310 dans la chambre de combustion 330 du cylindre 300 et il est prévu un injecteur 340 qui injecte le carburant dans cette chambre de combustion 330. Après la combustion, les gaz résiduels d'échappement sont acheminés hors de la chambre de combustion 330 à travers une valve d'échappement 320 35 munie d'une soupape d'échappement dans le conduit d'échappement 160 de la ligne d'échappement 100 vers la turbine entraînante 141 du turbocompresseur 140.

Ils traversent ensuite au moins deux dispositifs de traitement 110, 120 des gaz d'échappement avant d'être libérés dans l'atmosphère. Comme le montre la figure 2, la paroi 165 dudit conduit d'échappement 160 comporte ici deux parties rectiligne aval 162 et amont 166 d'axe X1, X2 droit reliées par une partie courbée 161 d'axe X3 qui présente un côté extérieur 163 de plus grand rayon de courbure et un côté intérieur 164 de plus petit rayon de courbure. Les axes X1, X2 sont ici parallèles. Cependant, ils peuvent également former entre eux un angle de préférence compris entre 0 et 120 degrés.

Les gaz d'échappement sont acheminés dans le conduit d'échappement 160 à travers, successivement, la partie rectiligne amont 166, la partie courbée 161 et la partie rectiligne aval 162. Les deux dispositifs 110, 120 de traitement des gaz d'échappement sont disposés successivement, à distance l'un de l'autre, sur le trajet du conduit d'échappement 160, à l'intérieur de ladite partie rectiligne aval 162 de la paroi 165 du conduit d'échappement 160. Ils sont séparés par un espace intermédiaire 130. Ces dispositifs 110, 120 de traitement des gaz d'échappement, comportent ici un catalyseur d'oxydation 110 et un filtre à particules 120 disposés successivement sur le chemin des gaz d'échappement.

On peut cependant envisager d'inverser l'ordre de ces deux dispositifs de sorte que les gaz d'échappement soient d'abord introduit dans le filtre à particules. En variante, les deux dispositifs de traitement des gaz d'échappement peuvent également comporter un catalyseur de réduction sélective ou un piège à oxydes d'azote, ou tout autre dispositif de traitement des gaz d'échappement.

De manière remarquable, une plaque 150 s'étend dans ledit espace intermédiaire 130, sensiblement parallèlement à un plan tangent à un côté extérieur 167 de ladite partie rectiligne aval 162 de ladite paroi 165 qui prolonge le côté extérieur 163 de sa partie courbée 161. Cette plaque 150 est réalisée par exemple en métal ou dans un matériau résistant aux très hautes températures. Elle est par exemple plane, et présente une épaisseur d'environ 2 millimètres En variante, on peut envisager d'utiliser une plaque ondulée, comportant des ondulations dans la direction de l'axe X1 rectiligne de la partie rectiligne aval de la paroi du conduit d'échappement. Une plaque comportant de telles ondulations présente l'avantage de se déformer moins en longueur et en largeur sous l'action de la chaleur qu'une plaque similaire plane, car une partie de la déformation est absorbée par une variation de l'amplitude des ondulations. La partie rectiligne aval 162 de ladite paroi 165 du conduit d'échappement 160 présente classiquement une forme cylindrique. La distance D3 entre le côté extérieur 167 de ladite partie rectiligne aval 162 de la paroi 165 du conduit d'échappement 160 et la plaque 150 est alors supérieure ou égale au rayon Dl de la section du conduit d'échappement 160 entre le catalyseur d'oxydation 110 et le filtre à particules 120. De manière générale, quelle que soit la forme du conduit d'échappement, la plaque 150 est disposée entre l'axe X1 rectiligne de ladite partie rectiligne aval 162 de ladite paroi 165 et un côté intérieur 168 de ladite partie rectiligne aval 162 de ladite paroi 165 opposé audit côté extérieur 167 de cette partie rectiligne aval 162. La plaque 150 présente une forme et des dimensions adaptées, au jeu près, à obturer longitudinalement l'espace intermédiaire 130 entre le catalyseur d'oxydation 110 et le filtre à particules 120 selon l'axe X1. Ici, la plaque est par exemple rectangulaire. Sa longueur D2 est égale au jeu près à l'écart entre le catalyseur d'oxydation 110 et le filtre à particules 120. En l'absence de la plaque 150, le flux des gaz d'échappement est inhomogène en entrée du catalyseur d'oxydation 110 car l'action des forces centrifuges qui s'exercent sur les gaz d'échappement lorsqu'ils passent dans la partie courbée 161 de la paroi du conduit d'échappement 160 tend à les concentrer contre le côté extérieur 163 de la partie courbée 161 de la paroi 165. L'épaisseur du catalyseur 110 n'étant pas suffisante pour créer une différence de pression entre son entrée et sa sortie qui homogénéiserait le flux des gaz d'échappement à son entrée, ceux-ci traversent le catalyseur 110 majoritairement à proximité du côté extérieur 167 de la partie rectiligne aval 162 de la paroi 165 du conduit d 'échappement 160. L'épaisseur du filtre à particule 120 étant plus grande que celle du catalyseur 110, la différence de pression entre l'entrée et la sortie du filtre à particules 120 entraîne une homogénéisation du flux des gaz d'échappement en entrée du filtre à particules 120 : les gaz d'échappement sont entraînés transversalement dans l'espace intermédiaire 130 vers le côté intérieur 168 de la partie rectiligne aval 162 de la paroi 165 du conduit d'échappement 160. En présence de la plaque 150, les gaz d'échappement ne peuvent pas rejoindre le coté intérieur 168 de la partie rectiligne aval 162 de la paroi 165 du conduit d'échappement 160, puisqu'ils sont bloqués par cette plaque 150. Ceci crée une dépression entre la plaque 150 et le côté intérieur 168 de la paroi 165 du conduit d'échappement 160, qui force les gaz d'échappement en entrée du catalyseur 110 à traverser celui-ci à proximité de ce côté intérieur 168. Le flux des gaz d'échappement en entrée du catalyseur est ainsi homogénéisé. II est réparti de manière homogène dans le catalyseur, ce qui limite la formation de gradients de température importants à l'intérieur de celui et diminue les contraintes thermo-mécaniques exercées sur lui. La présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit.

On peut notamment prévoir une pluralité de plaque, de préférence deux plaques, s'étendant sensiblement parallèlement au plan tangent au côté extérieur de ladite partie rectiligne de la paroi du conduit d'échappement.

Claims (6)

1. REVENDICATIONS1. Ligne d'échappement (100) d'un moteur à combustion interne comprenant un conduit d'échappement (160) dont la paroi (165) comporte une partie courbée (161) qui débouche sur une partie rectiligne (162) sur le trajet de laquelle deux dispositifs (110, 120) de traitement des gaz d'échappement sont disposés successivement, à distance l'un de l'autre, caractérisée en ce qu'il est prévu, dans ledit conduit d'échappement (160), entre les deux dispositifs (110,120) de traitement des gaz d'échappement, au moins une plaque (150) qui s'étend sensiblement parallèlement à un plan tangent au côté extérieur ( 167) de ladite partie rectiligne (162) de la paroi (165) du conduit d'échappement (160) qui prolonge le côté extérieur (163) de plus grand rayon de courbure de sa partie courbée (161).
2. 2. Ligne d'échappement (100) selon la revendication précédente, dans laquelle chaque plaque (150) est positionnée à une distance (D3) du côté extérieur (167) de la partie rectiligne (162) de la paroi (165) du conduit d'échappement (160) au moins égale au rayon (Dl) de ladite partie rectiligne (162) du conduit d'échappement (160).
3. 3. Ligne d'échappement selon la revendication précédente, dans laquelle il est prévu deux plaques réparties régulièrement entre l'axe du conduit d'échappement et le côté intérieur de la paroi dudit conduit d'échappement.
4. 4. Ligne d'échappement selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle chaque plaque est ondulée.
5. 5. Ligne d'échappement (100) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle les deux dispositifs (110, 120) de traitement des gaz d'échappement comportent successivement dans le sens d'écoulement des gaz d'échappement un catalyseur (110) et un filtre à particules (120).
6. 6. Ligne d'échappement (100) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle chaque plaque (150) présente une forme globalement rectangulaire, de longueur (D2) égale, au jeu près, à l'écart entre les deux dispositifs (110, 120) de traitement des gaz d'échappement et de largeur adaptée à obturer longitudinalement complètement le conduit d'échappement (160).