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Collecteur d'echappement et organe d'echappement comportant un tel collecteur. Download PDF

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Abstract

Un collecteur d'échappement pour un moteur (1) à combustion interne comporte au moins un canal (20), le canal (20) comportant une entrée destinée à être reliée à une sortie d'une chambre de combustion (10) du moteur (1), le canal (20) comportant un conduit interne (22) destiné à conduire directement les gaz d'échappement et une l'enveloppe externe (23) entourant le conduit interne (22). Le conduit interne (22) comporte en outre un bloc catalytique (201) occupant toute la section du conduit interne (22), le conduit comportant au moins un premier soufflet (205) en amont ou un deuxième soufflet (206) en aval de part et d'autre du bloc catalytique (201).

Description

Collecteur d'échappement et organe d'échappement comportant un tel collecteur. DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne un collecteur d'échappement prévu afin de réduire la durée la mise en fonctionnement d'un système de traitement des gaz d'échappement pour un moteur à combustion interne. Elle concerne également un organe d'échappement comportant un tel collecteur. TECHNIQUE ANTÉRIEURE Un moteur thermique à combustion interne comporte une ou plusieurs chambres de combustion de laquelle s'échappent par intermittence des gaz d'échappements. Les gaz d'échappement sont canalisés par un collecteur d'échappement afin de les évacuer à l'endroit adéquat et de réduire le bruit généré par le moteur. Le système d'échappement comporte en outre fréquemment la turbine d'un turbocompresseur suivi par un système de traitement des gaz afin de dépolluer ceux-ci. Un tel système de traitement comporte couramment au moins l'un des dispositifs parmi un filtre à particules, un catalyseur d'oxydation ou un piège à oxydes d'azote. Le collecteur d'échappement est fréquemment réalisé en fonte moulée, ainsi que le carter de turbine pour le turbocompresseur. Ces éléments sont donc massifs, de telle sorte que lors de la mise en route du moteur à partir de la température ambiante, la montée en température est longue. Or, les normes de dépollution imposent un amorçage du système de dépollution de plus en plus court, et cette durée d'amorçage dépend essentiellement de la montée en température des gaz et du système de traitement.
On a proposé dans le document FR 2 924 467 un collecteur d'échappement réalisé par une double paroi en tôle. Cette solution permet de diminuer l'inertie thermique de la paroi en contact avec les gaz d'échappement, de telle sorte que les gaz qui arrivent à l'entrée du système de dépollution sont à une température adéquate pour l'amorçage plus rapidement que dans les solutions classiques. Cette augmentation de température tient au fait de la plus faible inertie de la paroi en contact avec les gaz et à l'isolation thermique procurée par le doublage. Cependant, cette solution s'avère encore insuffisante à l'égard des nouvelles normes. OBJECTIFS DE L'INVENTION L'invention vise à fournir un collecteur 20 d'échappement permettant d'obtenir un amorçage du système de dépollution dans un temps réduit. EXPOSÉ DE L'INVENTION Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un collecteur d'échappement pour un moteur à 25 combustion interne, comportant au moins un canal, le canal comportant une entrée destinée à être reliée à une sortie d'une chambre de combustion du moteur, le canal comportant un conduit interne destiné à conduire directement les gaz d'échappement et une 30 enveloppe externe entourant le conduit interne, caractérisé en ce que le conduit interne comporte en outre un bloc catalytique occupant toute la section du conduit interne, le conduit interne comportant au moins un soufflet amont ou un soufflet aval de part et d'autre du bloc catalytique. L'insertion d'un bloc catalytique dans le collecteur d'échappement permet de placer celui-ci au plus près de la chambre de combustion, et donc de bénéficier des gaz d'échappement les plus chauds. Le bloc catalytique peut donc entrer en fonction très rapidement après la mise en route du moteur, et donc réduire l'émission de polluants, ceux-ci étant traités par le bloc catalytique. De plus, la construction du collecteur en double peau permet de diminuer la masse de celui-ci et les pertes thermiques à travers la paroi. Les gaz qui en sortent sont plus rapidement à haute température, ce qui permet de mettre en fonction également un dispositif de traitement des gaz en aval du collecteur plus rapidement après la mise en route du moteur. La dynamique de la température des gaz bénéficie également de l'apport de calories lors de la mise en fonction du bloc catalytique, lorsque celui-ci est par exemple un catalyseur d'oxydation. Le soufflet permet d'absorber des dilatations différentielles importantes entre le conduit interne et l'enveloppe. Il évite ainsi des contraintes mécaniques dans le conduit interne. Selon une disposition constructive, le bloc 30 catalytique comporte un pain catalytique enveloppé par un premier tube, le premier tube formant une partie du conduit interne. Le bloc catalytique est généralement constitué d'un pain, à savoir un corps poreux à la surface des pores duquel des métaux catalytiques sont déposés. Ce pain est monté dans le premier tube qui sert ainsi à la fois de support du pain catalytique et de conduit pour les gaz. De manière particulière, le tube est raccordé au soufflet par une soudure circulaire continue. Le soufflet est construit de manière distincte du premier tube, puis est assemblé avec lui par soudure, de manière étanche. Selon un premier mode de construction, le premier tube est centré dans l'enveloppe externe par au moins une rondelle emmanchée sur le tube. On peut prévoir une deuxième rondelle pour assurer un centrage encore meilleur. De manière particulière, l'enveloppe externe comporte un deuxième tube coaxial au premier tube, la rondelle est soudée au premier et au deuxième tube. La position du bloc catalytique est ainsi fixée.
Selon un deuxième mode de construction, un manchon en matière isolante relie le premier tube à l'enveloppe externe. Le manchon assure ici le centrage, en plus d'une isolation thermique. L'isolation thermique améliore la rapidité de montée en température du bloc catalytique. Selon une disposition, le collecteur comporte plusieurs canaux se réunissant vers un orifice aval en une partie aval du conduit interne. Cette disposition est adaptée à un moteur à plusieurs chambres de combustion.
Dans cette disposition, le bloc catalytique est situé soit sur la partie aval du conduit, soit dans au moins l'un des canaux en amont de la partie aval. Dans le premier cas, l'ensemble des gaz traverse le bloc catalytique et est traité par celui-ci. Cependant, il n'est pas au plus près de la sortie des chambres de combustion, contrairement au deuxième cas. La deuxième disposition nécessite un bloc par chambre, ou ne traite pas l'ensemble des gaz.
L'invention a aussi pour objet un organe d'échappement caractérisé en ce qu'il comporte un collecteur tel que décrit précédemment et un carter de turbine dans le prolongement du conduit interne à l'opposé de l'entrée.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe d'un collecteur conforme à un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue similaire à la figure 1 selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 est une vue schématique d'un système de motorisation comportant un collecteur selon une première disposition ; - les figures 4 à 6 sont des vues similaires à la figure 3 selon d'autres dispositions.
DESCRIPTION DETAILLÉE Un collecteur d'échappement 2 conforme à un premier mode de réalisation de l'invention est montré partiellement sur la figure 1 et de manière schématique dans un système de motorisation sur la figure 3. Le collecteur d'échappement 2 est monté sur un système de motorisation comportant un moteur 1 thermique à combustion interne à quatre chambres de combustion 10, un turbocompresseur 3 et un système de traitement 4 des gaz d'échappement. Un circuit d'admission est prévu pour amener de l'air aux chambres de combustion 10. Le circuit passe par le compresseur 31 du turbocompresseur 3 et par un collecteur d'admission 6 qui se divise en quatre canaux d'admission 60 reliés respectivement à l'une des chambres de combustion 10. Un circuit d'échappement récolte les gaz d'échappement pour les évacuer vers l'extérieur. Le circuit d'échappement comporte le collecteur d'échappement 2 connecté à la turbine 30 du turbocompresseur 3, le dispositif de traitement comportant une unité de piège à oxyde d'azote ou un catalyseur d'oxydation 41 suivi d'une unité de filtre à particules 42. Une vanne de recyclage 5 est prévue entre le circuit d'échappement et le circuit d'admission. Un tel système est connu en soi et la fonction de ces différents éléments n'est pas détaillée ici. Le collecteur d'échappement 2 comporte quatre 30 canaux 20, chacun étant respectivement en communication aéraulique avec l'une des chambres de combustion 10. Les canaux 20 se rejoignent en une partie aval 21 vers un orifice aval auquel la turbine est connectée. Dans la disposition de la figure 3, chaque canal 20 comporte un bloc catalytique 201, conformément à l'invention. La structure d'un canal 20 est décrite en lien avec la figure 1. Le collecteur d'échappement 2 comporte un conduit interne 22 entouré d'une l'enveloppe externe 23. Un premier soufflet 205 est placé en amont du bloc catalytique 201 tandis qu'un deuxième soufflet 206 est placé en aval. Le bloc catalytique 201 comporte un premier tube 2010 entourant un pain catalytique 2011 qui occupe toute la section du premier tube 2010. Le premier tube 2010 est dans le prolongement des soufflets 205, 206 auxquels il est raccordé par une soudure circulaire 208. Les soufflets 205, 206 sont réalisés par exemple par hydroformage de tubes d'acier. L'l'enveloppe externe 23 comporte un deuxième tube 202. Deux rondelles 204 sont interposées entre le premier et le deuxième tube 201, 202 de manière à former des entretoises de centrage du premier tube 201 dans le deuxième tube 202. Les rondelles 204 sont soudées sur le premier et sur le deuxième tube 202.
Le deuxième tube 202 est également raccordé par soudure continue 207 au reste de l'l'enveloppe externe 23. On pourra se référer au document FR 2 924 467 pour le reste de la construction du collecteur d'échappement 2.
En fonctionnement, chaque bloc catalytique 201 reçoit les gaz d'échappement en provenance de la chambre de combustion 10 respective. Lors du démarrage à froid du moteur 1, chaque bloc catalytique 201 reçoit les gaz d'échappement à la sortie de la chambre de combustion 10, donc à une température la plus haute possible. Les blocs 5 catalytiques 201 entrent donc en fonction très rapidement et commencent à traiter les gaz avant même que l'équilibre thermique soit atteint. Même si le bloc catalytique est fixe par rapport à l'enveloppe, les soufflets de part et d'autre du bloc permettent 10 au conduit interne de se dilater sans imposer de contrainte importante. Dans une variante de la disposition du système de motorisation, représentée sur la figure 4, seuls deux des canaux 20a du collecteur d'échappement 2a 15 sur les quatre sont équipés de blocs catalytiques. Le coût du système est ainsi réduit. L'efficacité du traitement des gaz d'échappement en est également réduite, mais selon les normes qui s'appliquent, cette solution peut être suffisante. Pour équilibrer 20 les pertes de charge entre les différents canaux 20a, des modifications géométriques peuvent être apportées si nécessaire. Dans une autre disposition, montrée sur la figure 5, un seul bloc catalytique 201b est placé 25 dans la partie aval 21b du collecteur d'échappement 2b, juste en amont de la turbine 30. Ce bloc catalytique 201b voit donc passer l'ensemble des gaz d'échappement qui sont ainsi tous traités grâce à ce seul bloc catalytique 201b. La montée en température 30 du bloc catalytique 201b est moins rapide que dans le cas précédent, puisque le conduit interne 22 du collecteur d'échappement 2b doit être chauffé, mais elle peut toutefois être satisfaisante. Elle est de toute façon plus rapide que dans le cas d'un collecteur d'échappement en fonte, du fait de la réalisation en double enveloppe.
Selon un deuxième mode de réalisation, montré sur la figure 2 et applicable à toutes les dispositions, le premier tube 2010' n'est pas relié par des rondelles au deuxième tube 202' : il est simplement emmanché dans le deuxième tube 202' par l'intermédiaire d'un manchon 209 en matière isolante, par exemple en fibres céramiques. Les autres caractéristiques sont identiques au premier mode de réalisation. On obtient ainsi sensiblement les mêmes effets que dans le premier mode de réalisation.
Cependant, l'isolant est monté glissant dans le deuxième tube 202', ce qui permet un glissement du premier tube 2010' par rapport au deuxième 202'. On peut ainsi se dispenser de l'un des soufflets 205, 206 éventuellement.
L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits à titre d'exemples. Elle peut s'appliquer à des moteurs ayant moins ou plus de chambres de combustion. Les canaux pourraient être regroupés deux à deux pour alimenter un même bloc catalytique avant le regroupement final de tous les canaux.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Collecteur d'échappement pour un moteur (1) à combustion interne, comportant au moins un 5 canal (20), le canal (20) comportant une entrée destinée à être reliée à une sortie d'une chambre de combustion (10) du moteur (1), le canal (20) comportant un conduit interne (22) destiné à conduire directement les gaz d'échappement et une l'enveloppe 10 externe (23) entourant le conduit interne (22), caractérisé en ce que le conduit interne (22) comporte en outre un bloc catalytique (201) occupant toute la section du conduit interne (22), le conduit interne (22) comportant au moins un premier soufflet 15 (205) en amont ou un deuxième soufflet (206) en aval de part et d'autre du bloc catalytique (201).
  2. 2. Collecteur selon la revendication 1, dans lequel le bloc catalytique (201) comporte un pain catalytique 2011 enveloppé par un premier tube 20 (2010) , le premier tube (2010) formant une partie du conduit interne (22).
  3. 3. Collecteur selon la revendication 2, dans lequel le premier tube (2010) est raccordé au soufflet (205, 206) par une soudure circulaire (208) 25 continue.
  4. 4. Collecteur selon la revendication 2, dans lequel le premier tube (2010) est centré dans l'l'enveloppe externe (23) par au moins une rondelle (204) emmanchée sur le tube (2010). 30
  5. 5. Collecteur selon la revendication 4,dans lequel l'l'enveloppe externe (23) comporte un deuxième tube (202) coaxial au premier tube (2010), la rondelle (204) est soudée au premier et au deuxième tube (2010, 202).
  6. 6. Collecteur selon la revendication 2, dans lequel un manchon (209) en matière isolante relie le premier tube (2010) à l'l'enveloppe externe (23).
  7. 7. Collecteur selon la revendication 1, 10 caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs canaux (20) se réunissant vers un orifice aval en une partie aval (21) du conduit interne (22).
  8. 8. Collecteur selon la revendication 7, dans lequel le bloc catalytique (201) est situé sur 15 la partie aval (21) du conduit.
  9. 9. Collecteur selon la revendication 7, dans lequel au moins l'un des canaux (20) en amont de la partie aval (21) comporte un bloc catalytique (201). 20
  10. 10. Organe d'échappement caractérisé en ce qu'il comporte un collecteur d'échappement (2, 2a, 2b) selon l'une des revendications 1 à 9, et un carter de turbine dans le prolongement du conduit interne (22) à l'opposé de l'entrée.
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