FR2995352A1 - Car, has exhaust manifold for discharging exhaust gas through exhaust duct having gas treatment system provided with catalyst, and catalyst isolation device placed between catalyst and upstream of fresh air intake manifold - Google Patents
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Abstract
Description
Véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne, un catalyseur et un dispositif d'isolation du catalyseur L'invention concerne le domaine des véhicules automobiles et notamment le domaine de la dépollution des moteurs à combustion interne de type diesel, ou essence. Plus particulièrement, l'invention concerne les systèmes de traitement des gaz d'échappements, en particulier les pots catalytiques ou catalyseurs capables de traiter des oxydes d'azote (N0x), notamment NO et NO2. Les moteurs à combustion interne produisent des gaz d'échappement qui comprennent des substances polluantes, telles que des oxydes d'azote, des hydrocarbures imbrûlés, du monoxyde de carbone, des particules de suie. Les taux de rejet admis de ces différents polluants sont strictement réglementés et sujets à révisions périodiques à la baisse. Toutefois, les pots catalytiques ont pour inconvénient d'être efficaces qu'à partir d'une certaine température. Afin de réduire le temps de chauffage des pots catalytiques et de les rendre efficaces plus rapidement, il est connu de créer le vide entre le pot catalytique et une enveloppe entourant le pot catalytique. Le vide créé dans l'enveloppe fait office d'isolation thermique du pot catalytique qui peut alors monter en température plus rapidement. Le vide créé autour du pot catalytique permet également de réduire les nuisances sonores dues aux gaz d'échappement. On peut se référer à cet égard aux documents US 6 162 403 et US 6 203 764 qui décrivent un pot catalytique comprenant une chambre sous vide créée lors de la fabrication du pot catalytique, par l'utilisation d'une technique de soudage sous vide.The invention relates to the field of motor vehicles and in particular the field of depollution of internal combustion engines of the diesel type, or gasoline. More particularly, the invention relates to exhaust gas treatment systems, in particular catalytic converters or catalysts capable of treating nitrogen oxides (NOx), especially NO and NO2. Internal combustion engines produce exhaust gases that include polluting substances, such as nitrogen oxides, unburned hydrocarbons, carbon monoxide, soot particles. The accepted release rates of these different pollutants are strictly regulated and subject to periodic downward revisions. However, catalytic converters have the disadvantage of being effective only from a certain temperature. In order to reduce the heating time of the catalytic converters and to make them more efficient, it is known to create the vacuum between the catalytic converter and a casing surrounding the catalytic converter. The vacuum created in the envelope serves as thermal insulation of the catalytic converter which can then rise in temperature more quickly. The vacuum created around the catalytic converter also reduces the noise pollution due to the exhaust gas. Reference can be made in this regard to documents US 6 162 403 and US 6 203 764 which describe a catalytic converter comprising a vacuum chamber created during the manufacture of the catalytic converter, by the use of a vacuum welding technique.
On peut se référer également au document DE 10 2008 051 278 qui décrit un pot catalytique comprenant une enveloppe dans laquelle du vide est créé par l'utilisation d'une pompe à vide disposée entre le collecteur d'échappement et le pot catalytique.Reference can also be made to DE 10 2008 051 278 which describes a catalytic converter comprising an envelope in which vacuum is created by the use of a vacuum pump disposed between the exhaust manifold and the catalytic converter.
Toutefois la conception de tels pots catalytiques est très coûteuse et ne permet pas de récupérer les éventuelles fuites du pot catalytique. La présente invention a donc pour objet de remédier à ces inconvénients. Le but de l'invention est donc de fournir un véhicule automobile comprenant un dispositif permettant de créer du vide dans une chambre entourant le pot catalytique tout en permettant de récupérer les éventuelles fuites du pot catalytique.However, the design of such catalytic converters is very expensive and does not recover any leaks from the catalytic converter. The present invention therefore aims to overcome these disadvantages. The object of the invention is therefore to provide a motor vehicle comprising a device for creating a vacuum in a chamber surrounding the catalytic converter while recovering any leaks of the catalytic converter.
La présente invention a pour objet un véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne comportant au moins un cylindre, un collecteur d'admission d'air frais capable d'alimenter en air frais ledit cylindre, un collecteur d'échappement destiné à évacuer les gaz d'échappement issus de la combustion par un conduit d'échappement comportant un système de traitement des gaz comprenant un catalyseur. Le véhicule automobile comprend un dispositif d'isolation du catalyseur disposé entre le catalyseur et l'amont du collecteur d'admission.The present invention relates to a motor vehicle comprising an internal combustion engine comprising at least one cylinder, a fresh air intake manifold capable of supplying fresh air to said cylinder, an exhaust manifold for evacuating the gases exhaust system from combustion by an exhaust duct having a gas treatment system comprising a catalyst. The motor vehicle comprises a catalyst isolation device disposed between the catalyst and the upstream of the intake manifold.
L'isolation thermique du catalyseur permet de le faire monter en température très rapidement ainsi que de réduire les nuisances sonores dues au gaz d'échappement entrant dans le catalyseur. Avantageusement, le système de traitement des gaz comprend une chambre fermée entourant le catalyseur.The thermal insulation of the catalyst makes it possible to raise the temperature very rapidly as well as to reduce the noise pollution due to the exhaust gas entering the catalyst. Advantageously, the gas treatment system comprises a closed chamber surrounding the catalyst.
Le dispositif d'isolation peut comprendre une conduite reliée entre la chambre et l'amont du collecteur d'admission. Selon un mode de réalisation, le dispositif d'isolation est capable de créer du vide dans ladite chambre par dépression dans le collecteur d'admission d'air frais, lorsque le moteur est en fonctionnement. Ainsi, en cas de fuite éventuelle du catalyseur, les fuites sont aspirées par le dispositif d'isolation et ne sont donc pas dispersées dans l'environnement, mais réinjectées dans le moteur, ce qui permet de réchauffer le moteur et d'éviter la mise en place d'une conduite de recirculation des gaz dans la conduite d'échappement des gaz. Le dispositif d'isolation est, en outre, capable de refroidir le catalyseur lorsque le moteur est à l'arrêt par circulation de l'air frais dans la chambre du système de traitement des gaz. En effet, lorsque le moteur est à l'arrêt, le catalyseur est refroidi rapidement par l'air ambiant passant par la conduite de dépression dans la chambre entourant le catalyseur. Le moteur peut être de type à essence comportant un boîtier papillon disposé en amont du collecteur d'admission. Selon un mode de réalisation, la conduite est reliée entre la chambre et l'aval du boîtier papillon. Le moteur peut être de type Diesel comportant un système turbocompresseur comprenant une turbine entraînée par les gaz d'échappement et un compresseur monté sur le même axe que la turbine et assurant une compression de l'air entrant. Selon un mode de réalisation, la conduite est reliée entre la chambre et l'amont du compresseur du système turbocompresseur. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre, de manière schématique, la structure d'un moteur à combustion interne d'un moteur automobile de type à essence pourvu d'un dispositif d'isolation selon l'invention ; et - la figure 2 illustre, de manière schématique, la structure d'un moteur à combustion interne d'un moteur automobile de type Diesel pourvu d'un dispositif d'isolation selon l'invention. La figure 1 illustre schématiquement un moteur à combustion interne 10, notamment de type à essence fonctionnant à mélange d'air constant. Ce moteur à essence 10 est destiné à être monté sur le châssis d'un véhicule automobile (non représenté). Le moteur 10 à essence comprend un bloc-cylindres, comprenant par exemple quatre cylindres 11, situé en partie inférieure du moteur relié par un joint de culasse à un haut-moteur constitué notamment par une culasse recouverte généralement d'un couvre-culasse (non représentés). De manière classique, la culasse loge les différents organes de distribution du haut-moteur, tels que les soupapes d'admission d'air frais et d'échappement des gaz brûlés et les arbres à cames permettant la mise en mouvement de ces soupapes (non représentés). Le haut moteur comprend également un collecteur d'admission 12, un collecteur d'échappement 13 et un organe annexe 14, tel que par exemple un boîtier papillon. Les cylindres 11 du moteur 10 sont alimentés en air par le conduit d'admission d'air frais 12. Le boîtier papillon 14 est généralement constitué d'un corps et d'un papillon des gaz où circulent les gaz frais et permet la régulation de l'air admis dans le moteur 10 ainsi que la régulation du ralenti lors d'une faible rotation du moteur 10. Le collecteur d'admission 12 répartit les gaz admis dans le moteur 1 sur l'ensemble des cylindres 11. Le boîtier papillon 14 est monté à côté de la culasse et est relié au collecteur d'admission d'air frais 12 par une conduite d'entrée d'air 15. Le collecteur d'échappement 13 récupère les gaz d'échappement issus de la combustion et évacue ces derniers vers l'extérieur, par l'intermédiaire d'un conduit d'échappement des gaz 16. Le conduit d'échappement des gaz 16 comprend un système de traitement des gaz comprenant un catalyseur ou pot catalytique 17, tel que par exemple, un catalyseur à trois voies, destiné à traiter les oxydes d'azotes NOx, les hydrocarbures imbrûlés HC et le monoxyde de carbone CO. Le catalyseur 17 comprend une enveloppe 18 l'entourant de manière à créer une chambre fermée 18a entre la paroi extérieure 17a du catalyseur 17 et l'environnement extérieur Afin d'augmenter la montée en température du catalyseur 17, le moteur 10 comprend un dispositif d'isolation 19 du catalyseur 17.The isolation device may comprise a pipe connected between the chamber and the upstream of the intake manifold. According to one embodiment, the isolation device is capable of creating a vacuum in said chamber by depression in the fresh air intake manifold, when the engine is in operation. Thus, in case of possible leakage of the catalyst, the leaks are sucked by the isolation device and are therefore not dispersed in the environment, but reinjected into the engine, which allows to heat the engine and avoid setting in place of a gas recirculation pipe in the gas exhaust pipe. The isolation device is further capable of cooling the catalyst when the engine is stopped by circulation of fresh air in the chamber of the gas treatment system. Indeed, when the engine is stopped, the catalyst is rapidly cooled by the ambient air passing through the vacuum line in the chamber surrounding the catalyst. The engine may be gasoline type having a butterfly housing disposed upstream of the intake manifold. According to one embodiment, the pipe is connected between the chamber and the downstream of the throttle body. The engine may be of diesel type comprising a turbocharger system comprising a turbine driven by the exhaust gas and a compressor mounted on the same axis as the turbine and providing compression of the incoming air. According to one embodiment, the pipe is connected between the chamber and the upstream of the compressor of the turbocharger system. Other objects, features and advantages of the invention will become apparent on reading the following description, given solely by way of nonlimiting example, and with reference to the appended drawings, in which: FIG. 1 schematically illustrates the structure of an internal combustion engine of a gasoline-type automobile engine provided with an isolation device according to the invention; and FIG. 2 schematically illustrates the structure of an internal combustion engine of a diesel type automotive engine provided with an isolation device according to the invention. FIG. 1 schematically illustrates an internal combustion engine 10, in particular of gasoline type operating at a constant air mixture. This gasoline engine 10 is intended to be mounted on the chassis of a motor vehicle (not shown). The gasoline engine 10 comprises a cylinder block, comprising for example four cylinders 11, located in the lower part of the engine connected by a cylinder head gasket to a built-in engine constituted in particular by a cylinder head generally covered with a cylinder head cover (no shown). Conventionally, the cylinder head houses the various distribution organs of the built-in engine, such as the fresh air intake and exhaust gas exhaust valves and the camshafts for the setting in motion of these valves (no shown). The high engine also comprises an intake manifold 12, an exhaust manifold 13 and an auxiliary member 14, such as for example a throttle body. The cylinders 11 of the engine 10 are supplied with air through the fresh air intake duct 12. The throttle body 14 generally consists of a body and a throttle valve where the fresh gases circulate and allows the regulation of the air admitted into the engine 10 as well as the regulation of the idling during a low rotation of the engine 10. The intake manifold 12 distributes the gases admitted into the engine 1 on all the cylinders 11. The throttle body 14 is mounted next to the cylinder head and is connected to the fresh air intake manifold 12 by an air inlet pipe 15. The exhaust manifold 13 recovers the exhaust gases from the combustion and evacuates these latter to the outside through a gas exhaust duct 16. The gas exhaust duct 16 comprises a gas treatment system comprising a catalyst or catalytic converter 17, such as, for example, a three-way catalyst, intended to treat o NOx nitrogen oxides, HC unburned hydrocarbons and CO carbon monoxide. The catalyst 17 comprises a casing 18 surrounding it so as to create a closed chamber 18a between the outer wall 17a of the catalyst 17 and the external environment. In order to increase the temperature rise of the catalyst 17, the motor 10 comprises a cooling device. insulation 19 of the catalyst 17.
Le dispositif d'isolation 19 comprend une conduite 19a reliée à la conduite d'entrée d'air 15, en amont du collecteur d'admission 12, entre la chambre 18a et l'aval du boîtier papillon 14. Le vide est ainsi créé dans la chambre 18a entourant le catalyseur 17 par dépression due à l'effet Venturi créé à l'intérieur du conduit d'admission d'air frais 15 pendant le fonctionnement du moteur 10. L'effet Venturi est le phénomène de formation d'une dépression dans une zone où les particules du fluide sont accélérées. Lorsque le moteur 10 fonctionne, le collecteur d'admission d'air 12 aspire l'air frais vers les cylindres 11, ainsi que l'air présent dans la conduite de dépression 19a et dans la chambre 18a. A titre d'exemple non limitatif, le moteur 10 peut comprendre un système de turbo compression (non représenté) entre le boîtier papillon 14 et le collecteur d'admission 12, afin d'augmenter la pression des gaz admis dans le moteur. La conduite de dépression 18a du dispositif d'isolation 18 serait reliée entre la chambre 18a du catalyseur 17 et l'entrée du système turbo compresseur. La figure 2 illustre schématiquement un moteur à combustion interne 20, notamment de type Diesel fonctionnant à volume d'air constant. Ce moteur Diesel 20 est destiné à être monté sur le châssis d'un véhicule automobile (non représenté). Le moteur à combustion 20 comprend, par exemple, quatre cylindres 21, un collecteur d'admission d'air frais 22, un collecteur d'échappement 23 et un système de turbo compression 24.The isolation device 19 comprises a pipe 19a connected to the air inlet pipe 15, upstream of the intake manifold 12, between the chamber 18a and the downstream of the butterfly housing 14. The vacuum is thus created in the chamber 18a surrounding the catalyst 17 by depression due to the Venturi effect created inside the fresh air intake duct 15 during operation of the engine 10. The Venturi effect is the phenomenon of formation of a depression in an area where the particles of the fluid are accelerated. When the engine 10 is operating, the air intake manifold 12 draws fresh air to the cylinders 11, as well as the air present in the vacuum pipe 19a and in the chamber 18a. By way of non-limiting example, the engine 10 may comprise a turbo compression system (not shown) between the throttle body 14 and the intake manifold 12, in order to increase the pressure of the gases admitted into the engine. The vacuum pipe 18a of the isolation device 18 would be connected between the chamber 18a of the catalyst 17 and the inlet of the turbo compressor system. FIG. 2 schematically illustrates an internal combustion engine 20, in particular of diesel type operating at a constant air volume. This diesel engine 20 is intended to be mounted on the chassis of a motor vehicle (not shown). The combustion engine 20 comprises, for example, four cylinders 21, a fresh air intake manifold 22, an exhaust manifold 23 and a turbo compression system 24.
Le turbocompresseur 24 comporte essentiellement une turbine 24a entraînée par les gaz d'échappement et un compresseur 24b monté sur un conduit d'admission d'air frais 25, sur le même axe 24c que la turbine 24a et assurant une compression de l'air entrant, dans le but d'augmenter la quantité d'air admise dans les cylindres 21 du moteur 20. Le collecteur d'échappement 23 récupère les gaz d'échappement issus de la combustion et évacue ces derniers vers l'extérieur, par l'intermédiaire d'un conduit d'échappement des gaz 26. Le conduit d'échappement des gaz 26 comprend un catalyseur ou pot catalytique 27, tel que par exemple, un catalyseur à deux voies, destiné à convertir les hydrocarbures imbrûlés HC et le monoxyde de carbone CO en dioxyde de carbone CO2 et en eau H20.The turbocharger 24 essentially comprises a turbine 24a driven by the exhaust gas and a compressor 24b mounted on a fresh air intake duct 25, on the same axis 24c as the turbine 24a and providing compression of the incoming air. , in order to increase the amount of air admitted into the cylinders 21 of the engine 20. The exhaust manifold 23 recovers the exhaust gases from the combustion and discharges the latter outwards, via a gas exhaust pipe 26. The gas exhaust duct 26 comprises a catalyst or catalytic converter 27, such as, for example, a two-way catalyst for converting unburned hydrocarbons HC and carbon monoxide. CO in carbon dioxide CO2 and water H20.
Le catalyseur 27 comprend une enveloppe 28 l'entourant de manière à créer une chambre fermée 28a entre la paroi extérieure 27a du catalyseur 27 et l'environnement extérieur Afin d'augmenter la montée en température du catalyseur 27, le moteur 20 comprend un dispositif d'isolation 29 du catalyseur 27. Le dispositif d'isolation 29 comprend une conduite 29a reliée à la conduite d'entrée d'air 25, en amont du collecteur d'admission 22, entre la chambre 28a et l'entrée du turbocompresseur 24, c'est-à-dire en amont du compresseur 24b.The catalyst 27 comprises a casing 28 surrounding it so as to create a closed chamber 28a between the outer wall 27a of the catalyst 27 and the external environment. In order to increase the temperature rise of the catalyst 27, the motor 20 comprises a cooling device. Isolation 29 of the catalyst 27. The isolation device 29 comprises a pipe 29a connected to the air inlet pipe 25, upstream of the intake manifold 22, between the chamber 28a and the inlet of the turbocompressor 24, that is to say, upstream of the compressor 24b.
Le vide est ainsi créé dans la chambre 28a entourant le catalyseur 27 par dépression créée à l'intérieur du conduit d'admission d'air frais 25 pendant le fonctionnement du moteur 20. Lorsque le moteur 20 fonctionne, le compresseur e collecteur d'admission d'air 22 aspire l'air frais vers les cylindres 21, ainsi que l'air présent dans la conduite de dépression 29a et dans la chambre 28a. Afin de réduire davantage la quantité de particules nocives en sortie du pot catalytique 27, le moteur Diesel 20 peut être doté d'un filtre à particules (non représenté) permettant de retenir de fines particules contenues dans le gaz de combustion. Le filtre à particules peut être séparé du pot catalytique, ou juxtaposé audit pot catalytique, voire que les matériaux catalytiques puissent être disposés à l'intérieur même d'un dispositif unique jouant le double rôle de filtre à particules et de pot catalytique.The vacuum is thus created in the chamber 28a surrounding the catalyst 27 by depression created inside the fresh air intake duct 25 during the operation of the engine 20. When the engine 20 is operating, the compressor e intake manifold air 22 draws fresh air to the cylinders 21, as well as the air present in the vacuum line 29a and in the chamber 28a. To further reduce the amount of harmful particles at the outlet of the catalytic converter 27, the diesel engine 20 may be provided with a particulate filter (not shown) for retaining fine particles contained in the flue gas. The particulate filter can be separated from the catalytic converter, or juxtaposed with said catalytic converter, or even that the catalytic materials can be disposed within a single device playing the dual role of particulate filter and catalytic converter.
Grace au dispositif d'isolation décrit, le vide dans la chambre entourant le catalyseur est créé par dépression, notamment par l'effet Venturi, à l'intérieur du collecteur d'admission d'air frais pendant le fonctionnement du moteur. L'isolation thermique du catalyseur permet ainsi de faire monter le catalyseur en température très rapidement et de réduire les nuisances sonores dues au gaz d'échappement entrant dans le catalyseur. Par ailleurs, en cas de fuite éventuelle du catalyseur, les fuites sont aspirées par le dispositif d'isolation, notamment par la conduite de dépression vers le collecteur d'admission et ne sont donc pas rejetées dans l'environnement, mais réinjectées dans le moteur, ce qui permet de réchauffer le moteur et d'éviter la mise en place d'une conduite de recirculation des gaz dans la conduite d'échappement des gaz. Enfin, lorsque le moteur est à l'arrêt, le catalyseur est refroidi rapidement par l'air ambiant traversant la conduite de dépression vers la chambre d'isolation entourant le catalyseur.Thanks to the isolation device described, the vacuum in the chamber surrounding the catalyst is created by depression, in particular by the Venturi effect, inside the fresh air intake manifold during the operation of the engine. The thermal insulation of the catalyst thus makes it possible to raise the catalyst in temperature very rapidly and to reduce the noise pollution due to the exhaust gas entering the catalyst. Moreover, in case of possible leakage of the catalyst, the leaks are sucked by the isolation device, in particular by the vacuum line to the intake manifold and are therefore not released into the environment, but reinjected into the engine , which allows the engine to be warmed up and to prevent the installation of a gas recirculation line in the gas exhaust duct. Finally, when the engine is stopped, the catalyst is rapidly cooled by the ambient air passing through the vacuum pipe to the isolation chamber surrounding the catalyst.
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