FR2945315A3 - Dispositif de traitement des gaz d'echappement comportant un renfoncement pour un capteur et methode de fabrication d'un tel dispositif - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif (100) de traitement des gaz d'échappement circulant dans un conduit d'échappement d'un moteur de véhicule automobile, comportant une matrice (170) présentant une face d'entrée (110) et une face de sortie (130) des gaz d'échappement, comportant un faisceau de barreaux (140, 145) dont les faces d'extrémité (141, 146) forment lesdites faces d'entrée et de sortie de ladite matrice. De manière remarquable, lesdites faces d'extrémité d'au moins une majorité des barreaux périphériques de ladite matrice s'étendant dans un plan commun, une des faces d'extrémité d'au moins un barreau périphérique de ladite matrice est en retrait de ce plan commun sur toute l'étendue de sa section, de manière à former un renfoncement (150) dans la face d'entrée ou de sortie correspondante de la matrice. L'invention concerne également une méthode de fabrication d'un tel dispositif.

Description

1 DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne un dispositif de traitement des gaz d'échappement circulant dans un conduit d'échappement d'un moteur de véhicule automobile.

Elle concerne également une méthode de fabrication d'un tel dispositif. ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE Les moteurs à combustion interne actuels comportent sur le trajet de leur conduit d'échappement, des dispositifs de traitement des gaz d'échappement qui limitent la quantité de polluants contenue dans les gaz d'échappement relâchés dans l'atmosphère. Le fonctionnement de ces dispositifs de traitement est piloté et surveillé par une unité de pilotage électronique en fonction notamment d'informations fournies par des capteurs, par exemple de température ou de pression, disposés à proximité de l'entrée ou de la sortie de ces dispositifs de traitement.

L'installation d'un capteur à l'entrée ou à la sortie d'un dispositif de traitement nécessite la présence d'un volume libre adjacent audit dispositif. En raison des contraintes d'encombrement du moteur, la longueur du dispositif de traitement concerné doit souvent être raccourcie pour libérer un volume suffisant à l'installation d'un tel capteur.

Le volume du dispositif de traitement, et en conséquence, ses performances de dépollution sont alors réduits. De plus, lors de l'installation d'un capteur entre deux dispositifs de traitement successifs, le volume libre laissé entre ces deux dispositifs pour installer le capteur modifie les caractéristiques du flux de gaz d'échappement en amont des deux dispositifs. Les gaz d'échappement ne se répartissent plus de façon uniforme à l'entrée du premier dispositif de traitement, ce qui diminue ses performances. OBJET DE L'INVENTION Le but de la présente invention est de proposer un nouveau dispositif de traitement autorisant l'installation d'au moins un capteur à son entrée ou à sa sortie tout en limitant la diminution du volume du dispositif de traitement et les modifications du flux des gaz d'échappement liées à l'installation de ce capteur. A cet effet, on propose selon l'invention un dispositif de traitement des gaz d'échappement comportant une matrice présentant une face d'entrée et une face de sortie des gaz d'échappement, comportant un faisceau de barreaux dont les faces d'extrémité forment lesdites faces d'entrée et de sortie de ladite matrice, dans lequel lesdites faces d'extrémité d'au moins une majorité des barreaux périphériques de ladite matrice s'étendant dans un plan commun, une des faces d'extrémité d'au moins un barreau périphérique de ladite matrice est en retrait de ce plan commun sur toute l'étendue de sa section, de manière à former un renfoncement dans la face d'entrée ou de sortie correspondante de la matrice.

Un capteur peut ainsi être disposé dans ce renfoncement. Le volume de la matrice, qui forme par exemple le filtre d'un filtre à particules, est faiblement réduit par la présence de ce renfoncement et les performances du dispositif de traitement sont préservées. Ce dispositif de traitement autorise donc l'installation d'un capteur en entrée ou en sortie du dispositif tout en préservant les performances de celui-ci. De plus, la face d'extrémité de chaque barreau en retrait se trouvant en retrait sur toute l'étendue de sa section, la réalisation d'un tel dispositif est simple et économique. Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du dispositif selon l'invention, - plusieurs barreaux adjacents présentent une face d'extrémité en retrait dudit plan commun ; - ladite section de la face d'extrémité en retrait de chaque barreau dont l'une des faces d'extrémité est en retrait, est plane et transversale à la direction longitudinale de ce barreau ; - chaque barreau dont l'une des faces d'extrémité est en retrait, présente une longueur inférieure à la longueur moyenne de ladite majorité des barreaux périphériques de la matrice ; - chaque barreau dont l'une des faces d'extrémité est en retrait, est décalé par rapport à ladite majorité des barreaux périphériques de la matrice ; - ledit renfoncement s'étend selon un plan de symétrie longitudinal de ladite matrice ; - au moins deux barreaux périphériques présentent une face d'extrémité en retrait dudit plan commun ; - il est prévu un capteur logé dans ledit renfoncement. L'invention concerne également un dispositif de traitement des gaz d'échappement circulant dans un conduit d'échappement d'un moteur de véhicule automobile, comportant au moins deux dispositifs tels que décrits précédemment, dont un premier dispositif dont le renfoncement est ménagé dans sa face de sortie et un deuxième dispositif dont le renfoncement est ménagé dans sa face d'entrée, ces deux renfoncements étant disposés en vis-à-vis, la face de sortie du premier dispositif et la face d'entrée du deuxième dispositif étant plaquées l'une contre l'autre de manière à former un logement délimité par lesdits renfoncements. L'invention concerne également une méthode de fabrication d'un dispositif de traitement des gaz d'échappement circulant dans un conduit d'échappement d'un moteur de véhicule automobile, ledit dispositif présentant une matrice comprenant une face d'entrée et une face de sortie des gaz d'échappement, ladite méthode comportant une étape d'assemblage d'un faisceau de barreaux dont les faces d'extrémité forment lesdites faces d'entrée et de sortie de ladite matrice, dans laquelle ladite étape d'assemblage est réalisée de manière à disposer lesdites faces d'extrémité d'au moins une majorité des barreaux périphériques de ladite matrice dans un plan commun et une des faces d'extrémité d'au moins un barreau périphérique en retrait de ce plan commun sur toute l'étendue de sa section. Ainsi la méthode de fabrication du dispositif est simple et économique. Elle ne nécessite aucune étape supplémentaire d'usinage après assemblage des barreaux du faisceau. Selon une caractéristique avantageuse de cette méthode, elle comporte une étape de découpage dudit au moins un barreau périphérique à une longueur plus courte que la longueur de ladite majorité des barreaux périphériques. 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 comment elle peut être réalisée. Sur les dessins annexés - la figure 1 est une vue schématique en perspective avant d'un dispositif de traitement selon l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique en coupe longitudinale du dispositif de traitement de la figure 1 disposé à la suite d'un autre dispositif de traitement selon l'invention. On a représenté sur la figure 1 la matrice 170 d'un dispositif 100 de traitement des gaz d'échappement conforme à l'invention. Ce dispositif 100 de traitement est ici un filtre à particules 100. Il est destiné à être disposé sur le trajet d'un conduit d'échappement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile. Les gaz d'échappement produits dans la chambre de combustion du moteur sont acheminés dans le conduit d'échappement et traversent ce filtre à particules qui est adapté à filtrer et à stocker les particules polluantes produites par la combustion de carburant et de gaz dans la chambre de combustion, de manière à éviter qu'elles ne soient rejetées dans l'atmosphère. Le dispositif 100 comporte une matrice 170 formant l'élément actif de traitement des gaz d'échappement, par exemple ici un élément de filtrage. Alternativement, il peut s'agir de tout autre dispositif de traitement des gaz d'échappement, par exemple un catalyseur d'oxydation. La matrice désigne alors le support catalytique de ce catalyseur.

La matrice 170 du dispositif 100 est ici de forme cylindrique, mais on peut également envisager une matrice de forme parallélépipédique, ou de toute autre forme connue de l'homme du métier. Elle présente une face d'entrée 110 et une face de sortie 130 des gaz d'échappement.

Cette matrice 170 comporte un faisceau de barreaux 140, 145 présentant une forme allongée et contenant une pluralité de canaux longitudinaux poreux à travers lesquels les gaz d'échappement circulent. Ces barreaux sont du type des filtres en nids d'abeille décrits dans le document US 2008/0120950.

La section des barreaux 140, 145 est ici de forme carrée. En variante, ces barreaux peuvent présenter une section dont le contour présente la forme d'un rectangle, d'un triangle, d'un hexagone ou d'un cercle. Chaque barreau 140,145 comporte deux faces d'extrémité 141, 146 et une face latérale 142, 147 longitudinale. L'axe longitudinal de chaque barreau 140, 145 est parallèle à l'axe longitudinal de ladite matrice 170. Chaque barreau 140, 145 est réalisé dans un matériau poreux, par exemple du carbure de silicium. Ils sont obtenus par exemple par extrusion et sont assemblés par exemple par un ciment le long de leurs faces latérales 142, 147. La face latérale 120 de forme cylindrique de la matrice 170 est obtenue par meulage des barreaux 140, 145 assemblés. Le diamètre de la matrice 170 est par exemple égal à 172,8 millimètres, et elle est réalisée par l'assemblage et meulage de 25 barreaux 140, 145 dont la section présente des côtés de 34 millimètres. La matrice 170 peut également être réalisée dans tout matériau connu de l'homme du métier. Les faces d'extrémité 141, 146 des barreaux 140, 145 forment, d'un côté, la face d'entrée 110 et, de l'autre côté, la face de sortie 130 des gaz d'échappement de la matrice 170 du dispositif 100. Les barreaux 140, 145 qui forment au moins en partie la face latérale 120 de la matrice 170 sont appelés les barreaux périphériques de cette matrice 170. A chacune des faces d'entrée 110 et de sortie 130 de la matrice 170, les faces d'extrémité 141 d'au moins un majorité de ces barreaux 140 périphériques sont dans un plan commun P1, P2.

Ici, les faces d'extrémité 141 de la majorité des barreaux 140 périphériques et non périphériques qui forment la face d'entrée 110 de la matrice 170 sont disposées dans un plan commun P1. Les faces d'extrémité 141, 146 de tous les barreaux 140, 145 qui forment la face de sortie 130 de la matrice 170 sont disposées dans un autre plan commun P2.

De manière remarquable, dans le dispositif 100 selon l'invention, la face d'extrémité 146 d'au moins un barreau 145 périphérique de la matrice 170 est en retrait du plan commun P1 correspondant sur toute l'étendue de sa section. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, trois barreaux 145 adjacents de ladite matrice 170, appelés barreaux courts 145, ont leur face d'extrémité 146 en retrait du plan commun P1 des faces d'extrémité 141 de ladite majorité des barreaux 140 de la matrice 170. L'un d'entre eux est situé à la périphérie de la matrice 170. Dans cet exemple, les trois barreaux courts 145 adjacents présentent une longueur inférieure à la longueur de tous les autres barreaux 140 de la matrice 170, appelés dans la suite les barreaux longs 140. Les barreaux courts 145 sont par exemple 5 millimètres plus courts que les barreaux longs 140. On entend ici par barreaux courts 145 adjacents des barreaux courts 145 juxtaposés selon une de leurs faces latérales 142.

Ici les faces d'extrémité 146 en retrait de chaque barreau court 145 présentent une section plane et transversale à l'axe longitudinal de chaque barreau. Les faces d'extrémité 146 en retrait de chaque barreau court 145 sont disposées dans un plan parallèle au plan commun P1 des faces d'extrémité 141 des barreaux longs 140, en retrait de ce plan commun P1, de manière à former un renfoncement 150 dans la face d'entrée 110 de la matrice 170. Ce renfoncement 150 débouche latéralement sur la face latérale 120 de ladite matrice 170. En variante, les faces d'extrémité de chaque barreau court sont disposées en retrait par rapport au plan commun des faces d'extrémité des barreaux longs dans des plans différents. En variante, les faces d'extrémité de chaque barreau court sont disposées en retrait par rapport au plan commun des faces d'extrémité des barreaux longs qui forment la face de sortie de la matrice, et ledit renfoncement est ménagé dans cette face de sortie.

Ces faces d'extrémité 146 en retrait des trois barreaux courts 145 s'étendent selon un plan de symétrie longitudinal de la matrice 170. Elles sont donc alignées selon un rayon de la matrice 170, de sorte que le renfoncement 150 s'étend longitudinalement suivant ce rayon de ladite matrice 170.

Le renfoncement 150 présente de préférence les dimensions les plus petites possibles. II s'étend également de préférence depuis le bord périphérique jusqu'au centre de la face d'entrée 110 de la matrice 170. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, la matrice 170 est formée par l'assemblage d'un nombre impair de barreaux selon son diamètre. Dans ce cas, la largeur du renfoncement 150 est de préférence égale à la largeur de la section de chaque barreau court 145 et sa longueur est comprise entre la largeur de la section d'un barreau court 145 et le diamètre de la matrice 170. En variante, la matrice peut compter un nombre pair de barreaux selon son diamètre. Pour que le renfoncement couvre le centre de la face d'entrée, ce renfoncement présente alors une largeur égale à celle de deux côtés de la section d'un barreau de la matrice. On peut aussi prévoir, si la matrice compte un nombre pair de barreaux selon son diamètre, que le renfoncement présente une largeur égale à celle d'un seul côté de la section d'un barreau de la matrice. Dans ce cas, le renfoncement s'étendra en longueur non pas selon un diamètre de la matrice, mais au contraire parallèlement à ce diamètre, de manière décalée. Il ne couvrira donc pas le centre de la face d'entrée mais s'étendra plutôt sur un côté de cette face d'entrée. Dans ce cas, deux barreaux périphériques de la matrice présentent une de leurs faces d'extrémité en retrait du plan commun dans lequel s'étendent les faces d'extrémité des barreaux longs. Le dispositif selon l'invention accueille un capteur 160 logé dans ledit renfoncement 150. Ce capteur 160 est par exemple un capteur de température ou de pression, ou encore une sonde à oxygène. II est relié à l'unité de pilotage électronique 30 du moteur. Le capteur 160 est de préférence disposé au centre de la face correspondante de la matrice 170, dans l'axe du renfoncement 150. Tel que représenté sur la figure 1, il est ainsi positionné selon un diamètre de la matrice 170. Ainsi, le capteur 160 est logé dans un volume égal à celui du renfoncement 150 qui est très réduit. Seule la longueur d'un nombre limité de barreaux courts 145 de la matrice 170 est réduite. Dans la variante où le renfoncement s'étend en longueur selon un axe décalé par rapport au diamètre de la matrice, le capteur pourra être positionné au choix selon l'axe de ce renfoncement (c'est-à-dire suivant un axe strictement parallèle au diamètre de la matrice) ou au contraire suivant un axe confondu avec le diamètre de la matrice (c'est-à-dire suivant un axe incliné par rapport à l'axe du renfoncement). L'invention trouve une application particulièrement avantageuse lorsque deux dispositifs de traitement sont disposés successivement sur le trajet du conduit d'échappement et qu'un capteur est placé entre eux. On a représenté sur la figure 2 une telle situation, dans laquelle le dispositif 100 qui comporte un capteur 160 logé dans un renfoncement 150 de sa face d'entrée 110 est disposé en aval d'un autre dispositif 200 dans le conduit d'échappement 20.

L'autre dispositif 200 présente une structure semblable au dispositif 100. II s'agit par exemple d'un autre filtre à particules ou d'un autre catalyseur. Sa matrice 270 comporte un faisceau de barreaux 240, 245 comprenant des barreaux longs 240 et trois barreaux courts 245 dont les faces d'extrémité 241, 246 forment les faces d'entrée 210 et de sortie 230 de la matrice 270.

Les faces d'extrémité 246 des barreaux courts 245 sont disposées en retrait du plan commun P'1 dans lequel s'étendent les faces d'extrémité 241 des barreaux longs 240. Les barreaux courts 245 de la matrice 270 sont donc agencés pour ménager un renfoncement 250 dans la face de sortie 230 du dispositif 200, en vis- à-vis du renfoncement 150 ménagé dans la face d'entrée 110 de la matrice 170 du premier dispositif 100. La face d'entrée 110 du premier dispositif 100 placé en aval de l'autre dispositif 200 est plaquée contre la face de sortie 230 de celui-ci de manière à former un logement 300 délimité par les deux renfoncements 150, 250.

Ce logement 300 accueille le capteur 160. Ce logement 300 présente de préférence une profondeur D totale (figure 2) comprise entre la largeur d'un côté d'un barreau court 240 et le diamètre de la matrice 270, par exemple égale à 5 millimètres. Ainsi, les surfaces des faces d'entrée 110 du dispositif 100 et de sortie 230 du dispositif 200 sont en contact sur toute leur surface à l'exception de la surface des renfoncements 150, 250. Les caractéristiques aérodynamiques du flux de gaz d'échappement entrant dans le dispositif 200 situé le plus en amont ne sont que peu perturbées par la présence du logement 300 et ce flux se réparti uniformément sur la face d'entrée 210 de ce dispositif 200. L'invention concerne également une méthode de fabrication du dispositif 100, 200 de traitement des gaz d'échappement selon l'invention qui comporte une étape d'assemblage du faisceau de barreaux 140, 145, 240, 245 dont les faces d'extrémité 141, 146, 241, 246 forment lesdites faces d'entrée 110, 210 et de sortie 130, 230 de ladite matrice 170, 270, qui est réalisée de manière à disposer lesdites faces d'extrémité d'au moins une majorité des barreaux 140, 240 périphériques de ladite matrice 170, 270 dans le plan commun P1, P'1 correspondant et une des faces d'extrémité 146, 246 d'au moins un barreau 145, 245 périphérique en retrait de ce plan commun P1, P'1 sur toute l'étendue de sa section. Plus particulièrement, cette méthode comporte par exemple les étapes suivantes : - fabrication des barreaux 140, 145, 240, 245 par extrusion ; - découpage des barreaux longs 140, 240 à la longueur souhaitée pour la matrice 170, 270, et découpage des barreaux courts 145, 245 à une longueur inférieure, cette longueur est en particulier inférieure à la longueur de la majorité des barreaux longs périphériques ; - assemblage desdits barreaux longs 140, 240 et barreaux courts 145, 245 pour réaliser ladite matrice 170, 270 en formant ledit renfoncement 150, 250 ; - meulage de la matrice 170, 270 pour lui donner sa forme cylindrique. Comme représenté sur la figure 2, chaque matrice 170, 270 est gainée dans un matelas fibreux 11, 12 jouant le rôle d'un isolant mécanique et entourée d'une enveloppe métallique 10, qui sera raccordée au conduit d'échappement du moteur. 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. En variante par exemple, chaque barreau dont l'une des faces d'extrémité est en retrait présente une longueur identique à la longueur des autres barreaux de la matrice, mais est décalé par rapport à la majorité des barreaux périphériques de la matrice.

En variante également, dans le cas de deux dispositifs de traitement voisins, la profondeur du renfoncement ménagé dans chaque face correspondante des deux matrices peut être identique ou différente. On peut également envisager que seule la face de sortie du dispositif placé le plus en amont ou la face d'entrée du dispositif placé le plus en aval comporte un renfoncement.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif (100, 200) de traitement des gaz d'échappement circulant dans un conduit d'échappement d'un moteur de véhicule automobile, comportant une matrice (170, 270) présentant une face d'entrée (110, 210) et une face de sortie (130, 230) des gaz d'échappement, comportant un faisceau de barreaux (140, 145, 240, 245) dont les faces d'extrémité (141, 146, 241, 246) forment lesdites faces d'entrée (110, 210) et de sortie (130, 230) de ladite matrice (170, 270), caractérisé en ce que, lesdites faces d'extrémité d'au moins une majorité des barreaux (140, 240) périphériques de ladite matrice (170, 270) s'étendant dans un plan commun, une des faces d'extrémité (146, 246) d'au moins un barreau (145, 245) périphérique de ladite matrice (170, 270) est en retrait de ce plan commun sur toute l'étendue de sa section, de manière à former un renfoncement (150, 250) dans la face d'entrée ou de sortie correspondante de la matrice (170, 270).
2. 2. Dispositif (100, 200) selon la revendication précédente, dans lequel plusieurs barreaux (145, 245) adjacents présentent une face d'extrémité (146, 246) en retrait dudit plan commun.
3. 3. Dispositif (100, 200) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ladite section de la face d'extrémité (146, 246) en retrait de chaque barreau (145, 245) dont l'une des faces d'extrémité est en retrait, est plane et transversale à la direction longitudinale de ce barreau.
4. 4. Dispositif (100, 200) selon la revendication précédente, dans lequel chaque barreau (145, 245) dont l'une des faces d'extrémité (146, 246) est en retrait, présente une longueur inférieure à la longueur moyenne de ladite majorité des barreaux (140, 240) périphériques de la matrice (170, 270).
5. 5. Dispositif (100, 200) selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel chaque barreau (145, 245) dont l'une des faces d'extrémité (146, 246) est en retrait, est décalé par rapport à ladite majorité des barreaux (145, 245) périphériques de la matrice (170, 270).
6. 6. Dispositif (100, 200) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit renfoncement (150, 250) s'étend selon un plan de symétrie longitudinal de ladite matrice (170, 270).
7. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel au moins deux barreaux périphériques présentent une face d'extrémité en retrait dudit plan commun.
8. 8. Dispositif (100, 200) selon l'une des revendications précédentes,comportant un capteur (160) logé dans ledit renfoncement (150, 250).
9. 9. Dispositif (400) de traitement des gaz d'échappement circulant dans un conduit d'échappement d'un moteur de véhicule automobile, comportant au moins deux dispositifs (100, 200) selon l'une des revendications précédentes, dont un premier dispositif (200) dont le renfoncement (250) est ménagé dans sa face de sortie (230) et un deuxième dispositif (100) dont le renfoncement (150) est ménagé dans sa face d'entrée (110), ces deux renfoncements (150, 250) étant disposés en vis-à-vis, la face de sortie (230) du premier dispositif (200) et la face d'entrée (110) du deuxième dispositif (100) étant plaquées l'une contre l'autre de manière à former un logement (300) délimité par lesdits renfoncements (150, 250).
10. 10. Méthode de fabrication d'un dispositif (100, 200) de traitement des gaz d'échappement circulant dans un conduit d'échappement d'un moteur de véhicule automobile, ledit dispositif (100, 200) présentant une matrice (170, 270) comprenant une face d'entrée (110, 210) et une face de sortie (130, 230) des gaz d'échappement, ladite méthode comportant une étape d'assemblage d'un faisceau de barreaux (140, 145, 240, 245) dont les faces d'extrémité (141, 146, 241, 246) forment lesdites faces d'entrée (110, 210) et de sortie (130, 230) de ladite matrice (170, 270), caractérisée en ce que ladite étape d'assemblage est réalisée de manière à disposer lesdites faces d'extrémité d'au moins une majorité des barreaux (140, 240) périphériques de ladite matrice (170, 270) dans un plan commun et une des faces d'extrémité (146, 246) d'au moins un barreau (145, 245) périphérique en retrait de ce plan commun sur toute l'étendue de sa section.
11. 11. Méthode de fabrication selon la revendication précédente, comportant une étape de découpage dudit au moins un barreau (145, 245) périphérique à une longueur plus courte que la longueur de ladite majorité des barreaux (140, 240) périphériques.