FR3007068A3 - Cone plat d'entree de pot catalytique - Google Patents

Abstract

Dispositif d'échappement (10) d'un circuit d'échappement de moteur à combustion interne comprenant : -un système de dépollution (11) comprenant au moins un monolithe sensiblement cylindrique (21), -un conduit d'amenée (12) de gaz disposé de façon orthogonale par rapport à l'axe du monolithe du système de dépollution, caractérisé en le conduit d'amenée des gaz présente une section de passage (23) des gaz oblongue avec une épaisseur (24) et une largeur (25).

Description

CONE PLAT D'ENTREE DE POT CATALYTIQUE Domaine technique de l'invention La présente invention concerne un dispositif de dépollution des gaz d'échappement de véhicule automobile.

L'invention concerne plus particulièrement un système de diffusion des gaz d'échappement à l'entrée d'un système de dépollution des gaz d'échappement de moteur à combustion interne de véhicule automobile. L'invention concerne également un groupe motopropulseur équipé d'un tel dispositif de dépollution et un véhicule automobile équipé d'un tel groupe 10 motopropulseur. Etat de la technique Les moteurs à combustion interne de véhicules automobiles sont de plus en plus sophistiqués pour pouvoir répondre à des normes de plus en plus sévères en termes de dépollution et ils sont associés à de nombreux dispositifs 15 de dépollution pour contrôler les rejets des gaz brulés et réduire la nocivité des gaz d'échappement et leur impact sur l'environnement. L'encombrement de l'ensemble desdits dispositifs de dépollution est donc de plus en plus important, lesquels dispositifs doivent être disposés dans un compartiment moteur dans le véhicule, espace dans lequel est disposé le moteur, qui n'est pas extensible. De 20 ce fait, des choix d'architecture de disposition sont faits pour améliorer la compacité du groupe motopropulseur et le fonctionnement de ces systèmes destinés à la dépollution peut en être sensiblement affecté. Les différents dispositifs de dépollution de gaz d'échappement comprennent un conduit d'amenée des gaz chauds connecté avec un système 25 en amont et un système de traitement des gaz qui peut être un pot catalytique, un filtre à particules, un piège à oxydes d'azote (ou NOx trap) ou un système de catalyse (SCR). Les systèmes de traitement des gaz comprennent de manière connue selon le sens d'écoulement des gaz un diffuseur d'entrée des gaz, une enveloppe cylindrique destinée à entourer au moins un monolithe généralement cylindrique en structure en nid d'abeille et un cône de sortie pour la sortie des gaz. L'axe longitudinal du dispositif de dépollution est parallèle à l'axe du monolithe.

Le diffuseur d'entrée permet d'arroser de façon optimale la section transversale monolithe et de réduire les pertes de charge dans la ligne d'échappement. Les gaz chauds issus des systèmes en amont par exemple une turbine de turbocompresseur sont amenés à l'entrée du système de dépollution pour être diffusés et arroser ladite section. De manière optimale, ledit diffuseur est sensiblement conique et coaxial avec l'axe du monolithe. Le monolithe est composé de conduits longitudinaux. La structure du monolithe est conçue pour offrir une grande surface de contact entre des éléments catalyseurs et les gaz d'échappement. Lesdits gaz passent par la structure en nid d'abeille du monolithe, dans les conduits dont les parois sont recouvertes d'éléments catalyseurs destinés à déclencher ou accentuer des réactions chimiques pour transformer les constituants toxiques des gaz d'échappement en eau ou gaz carbonique (CO2). Le cône de sortie est adapté à collecter les gaz et à les diriger vers un autre système en aval selon le sens de circulation des gaz par exemple un piège à oxyde d'azote. De façon similaire au diffuseur d'entrée, le cône de sortie permet également de réduire les pertes de charge dans la ligne d'échappement. L'encombrement du dispositif de dépollution des gaz d'échappement peut augmenter de façon sensible notamment selon l'axe du monolithe.

D'une part, le monolithe peut être de longueur sensiblement importante en fonction du type de moteur. D'autre part, il est connu de rapprocher deux systèmes de dépollution afin de profiter de la température des gaz, par exemple un pot catalytique et un filtre à particules ou un filtre à particules et un piège à oxyde d'azote.

L'enveloppe est alors adaptée à entourer le monolithe destiné à la catalyse et 300 706 8 3 un autre monolithe destiné au filtre à particules, un espace de séparation étant alors nécessaire entre les deux systèmes de catalyse et de filtre pour accueillir par exemple un moyen destiné au mélange des gaz. Le filtre à particules est constitué généralement d'un nid d'abeille 5 extrudé en céramique frittée. Les canaux du nid d'abeille sont bouchés alternativement en entrée et en sortie du filtre afin de forcer le passage des gaz à travers les parois poreuses pour collecter les particules. Lesdits canaux sont de différentes formes géométriques possibles, par exemple de section carrée, mais également de section triangulaire. 10 La longueur totale selon l'axe longitudinal du dispositif de dépollution ou d'échappement comprenant le conduit d'amenée des gaz, le diffuseur d'entrée, l'enveloppe cylindrique entourant le au moins un monolithe et le cône de sortie est donc accrue mais son encombrement longitudinal doit cependant être contenu pour pouvoir être disposé dans le compartiment moteur du 15 véhicule. Pour satisfaire les contraintes d'encombrement, le conduit d'amenée des gaz peut être disposé de façon non optimale vis-à-vis du monolithe. L'optimisation des emplacements dans le compartiment moteur du dispositif de dépollution des gaz d'échappement peut entrainer, comme dans notre cas, un 20 conduit d'amenée des gaz disposé orthogonalement à l'axe de l'enveloppe cylindrique et débouchant dans une chambre d'entrée en amont du monolithe dans le sens d'écoulement des gaz. L'écoulement des gaz sensiblement orthogonal à l'axe longitudinal du monolithe à leur entrée dans la chambre d'entrée entraine alors un moins bon arrosage du monolithe ce qui diminue ses 25 performances et accroit les pertes de charges nuisant au rendement du moteur. La publication WO 2008/061610-A1 divulgue un pot catalytique comprenant une entrée de gaz dont la direction est orthogonale à l'axe du monolithe dont l'enveloppe est emboitée dans un élément d'entrée présentant une chambre. L'écoulement des gaz à l'intérieur de ladite chambre est perturbé 30 par l'obstacle formé par ladite enveloppe avant de circuler au travers du monolithe. Les gaz sont bien mélangés avant d'être traités ; cependant les pertes de charges peuvent augmenter sensiblement. La publication EP0806554-A1 divulgue un dispositif d'échappement pour moteur à combustion interne comprenant un pot catalytique ainsi des moyens redresseur de flux disposés entre la sortie d'un collecteur de gaz d'échappement et le pot catalytique, lesdits moyens étant formés par un second pot catalytique dont le monolithe présente une face sensiblement inclinée en direction des gaz brulés issus du collecteur. Ce second monolithe impacte l'encombrement global du système de pot catalytique.

Le brevet FR2718188-B1 divulgue un dispositif d'échappement comportant un conduit de gaz reliant un collecteur de gaz d'échappement et un pot catalytique, ledit conduit de gaz débouchant de façon orthogonale à l'axe du monolithe du pot catalytique dans une chambre d'entrée comportant des parois déflectrices destinées à la répartition des gaz sur toute la section d'entrée du monolithe. Un inconvénient de ce système est que les parois déflectrices génèrent des pertes de charge supplémentaires dans le circuit d'échappement, ce qui réduit le rendement du moteur. Bref résumé de l'invention Un but de l'invention est de pallier ces inconvénients et l'invention a pour objet un dispositif d'échappement de moteur à combustion interne comprenant un conduit d'amenée des gaz brulés issus d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile disposé en amont d'un système de dépollution, l'axe dudit conduit étant sensiblement orthogonal à l'axe du monolithe du système de dépollution. L'objet de l'invention est caractérisé plus particulièrement par un dispositif d'échappement de moteur à combustion interne comprenant : -un système de dépollution comprenant au moins un monolithe cylindrique, -un conduit d'amenée de gaz présentant une section circulaire d'entrée, le conduit étant disposé de façon orthogonale par rapport à l'axe du monolithe du système de dépollution, caractérisé en ce que le conduit d'amenée des gaz présente une section de passage des gaz oblongue avec une épaisseur et une largeur. Le conduit présente une section de passage des gaz sensiblement oblongue, par exemple rectangulaire ou ovale, pour d'une part être de fabrication aisée et d'autre part réduire l'encombrement du conduit. En effet, le conduit présente une dimension sensiblement réduite, ladite dimension est l'épaisseur selon l'axe du monolithe, ce qui facilite l'implantation du dispositif d'échappement dans le compartiment moteur du véhicule automobile. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, -le conduit d'amenée des gaz est prolongé selon sa section d'entrée par un élément cylindrique adapté à être connecté avec la sortie d'un élément en amont du circuit d'échappement. Le dispositif d'échappement est donc facilement connecté avec un système disposé en amont . -la section de passage oblongue d'entrée à l'extrémité amont du conduit d'amenée est au moins égale à la section de l'élément cylindrique. Avantageusement, cette section ne génère pas de perte de charges inutiles dans le conduit d'amenée des gaz. -la section oblongue de passage des gaz à une extrémité aval du conduit d'amenée est supérieure à la section de passage à l'extrémité amont dudit conduit. Avantageusement, l'augmentation de la section de passage favorise la diffusion des gaz pour arroser ensuite la section transversale du monolithe. -la section oblongue de passage du conduit d'amenée augmente sur une portion dudit conduit. Avantageusement, l'augmentation de le section est effectuée sur une portion du conduit disposée à l'extrémité aval du conduit d'amenée des gaz afin d'améliorer la diffusion des gaz et de minimiser l'encombrement du conduit d'amenée. -la section de passage augmente de façon sensiblement linéaire sur la portion du conduit d'amenée des gaz pour améliorer la diffusion des gaz. -l'épaisseur de la section de passage des gaz est constante, ce qui permet de contrôler l'encombrement longitudinal du dispositif d'échappement. -la largeur de la section de passage croit de façon linéaire jusqu'au diamètre du monolithe. L'accroissement de la section de passage permet de mieux diffuser les gaz dans le monolithe du système de dépollution disposé en aval selon le sens d'écoulement des gaz. -le conduit d'amenée des gaz est prolongé selon sa grande section en direction du système de dépollution par une coque présentant une cavité cylindrique coaxiale avec le monolithe. Avantageusement, la coque avec sa cavité cylindrique est adaptée à accueillir le monolithe, ladite cavité permet également une meilleure répartition des gaz sur toute la section du monolithe -le système de dépollution comprend une enveloppe cylindrique entourant le monolithe et emboitée dans la cavité cylindrique du conduit d'amenée des gaz. Avantageusement la fabrication est simple et aisée ; en effet, une enveloppe cylindrique est destinée à entourer le monolithe cylindrique puis emboitée dans la cavité cylindrique du conduit d'amenée des gaz. Une phase de soudure simple est nécessaire pour assurer la liaison du conduit avec le pot catalytique. -le conduit d'amenée des gaz est prolongé selon sa section d'entrée par un élément cylindrique dont l'axe est parallèle à l'axe du monolithe du pot catalytique. De manière avantageuse, le dispositif d'échappement présente un encombrement réduit et est adapté pour être disposé à la sortie d'un élément de turbine. Brève description des figures La description suivante va permettre de mieux comprendre l'invention en accord avec les dessins joints dans lesquels La figure 1 est une vue en perspective du dispositif d'échappement selon l'invention. La figure 2 est une vue de coupe longitudinale du dispositif d'échappement.

La figure 3 est une vue de coupe longitudinale du conduit d'amenée des gaz. La figure 4 est une vue de côté du dispositif d'échappement. Description détaillée des figures Les descriptions qui suivent se réfèrent à l'axe longitudinal X du système de dépollution, l'axe vertical est orthogonal à l'axe X dirigé vers le haut. Les termes amont et aval font référence au sens d'écoulement des gaz. Les mêmes éléments présentés dans des figures différentes gardent les mêmes références afin de faciliter la compréhension. Selon la figure 1, un dispositif d'échappement 10 comprenant un conduit d'amenée des gaz 12 prolongé par une enveloppe 20 sensiblement cylindrique pour au moins un système de dépollution 11 et une coque de sortie 22, est disposé à côté d'un groupe motopropulseur 13 de véhicule automobile (non représenté). Il est connecté dans notre exemple à un turbocompresseur 14 par un conduit tubulaire 15 cylindrique disposé en amont du conduit d'amenée, l'axe dudit conduit tubulaire 15 est sensiblement parallèle à l'axe longitudinal de l'enveloppe cylindrique, ledit conduit tubulaire comporte une entrée sensiblement évasée adaptée à recevoir la sortie du turbocompresseur 14. L'axe longitudinal X du système de dépollution considéré dans la suite de la description est parallèle à l'axe de l'enveloppe cylindrique et représenté 25 horizontal. Selon un mode de réalisation représenté en figure 2, le dispositif d'échappement comprend un premier système de dépollution qui peut être un pot catalytique et un deuxième système de dépollution qui peut être un filtre à particules, chacun des deux systèmes comportant un monolithe pour assurer la fonction de dépollution. L'enveloppe 20 entoure donc un premier monolithe 21 sensiblement cylindrique de révolution pour former le pot catalytique 11 et un second monolithe 30 pour former le second système de dépollution, en aval et distant du premier monolithe 21 d'une longueur de l'ordre de 60mm, cet espace libre 31 entre le monolithe 21 et le second monolithe 30 est utilisé pour la mise en place d'un mélangeur des gaz 32. Une coque de sortie 22 sensiblement cylindrique comportant au moins un conduit de sortie (non représentée) de préférence s'étendant radialement par rapport à l'axe longitudinal X est disposée à une extrémité aval du second système de dépollution 30 pour connecter le dispositif d'échappement à un autre système qui peut être un troisième système de dépollution (non représenté) par exemple un piège à oxyde d'azote (NOx). Ladite coque de sortie 22 comporte une cavité cylindrique 23 dont le diamètre est légèrement supérieur au diamètre de l'enveloppe 20 et dans laquelle ladite enveloppe 20 est emboitée. Selon la figure 3, le conduit d'amenée de gaz 12 comprend selon le sens d'écoulement des gaz une partie tubulaire 16 dont la section de passage 23 transversale à l'axe de ladite partie tubulaire 16 est sensiblement oblongue ou rectangulaire avec une largeur et une épaisseur, l'épaisseur 24 étant la dimension selon l'axe longitudinal X. L'axe de ladite partie tubulaire 16 est sensiblement vertical et orthogonal à l'axe du conduit cylindrique 15 une fois le dispositif d'échappement ainsi que le groupe motopropulseur installés dans le compartiment moteur. La section de passage 23 dans la partie tubulaire 16 du conduit d'amenée croit ensuite depuis une extrémité d'entrée connectée avec le conduit tubulaire 15 cylindrique jusqu'à une extrémité opposée de sortie afin d'améliorer la diffusion finale des gaz en aval dans le premier monolithe 21. L'épaisseur 24 de la section de passage 23 de l'élément tubulaire est sensiblement constante tout au long de l'élément tubulaire 16, ce qui permet de réduire sensiblement l'encombrement longitudinal de l'élément tubulaire 16 et donc du dispositif d'échappement 10. L'épaisseur 24 constante de la section de passage est de manière préférentielle de l'ordre de 30 mm, la largeur de la section de passage de la partie tubulaire du conduit est directement liée à ladite section de passage. Selon la figure 4, la section de passage 23 augmente de manière préférentielle linéairement selon l'axe de la partie tubulaire 16 du conduit d'amenée 12 dans le sens d'écoulement des gaz sur une portion du conduit d'amenée. A l'entrée de ladite partie tubulaire 16, la section de passage 23 est sensiblement égale ou supérieure à la section du conduit tubulaire cylindrique 15 afin de ne pas générer des zones de pressions inutiles lors de l'écoulement des gaz. La largeur de la section de passage augmente ensuite selon le sens d'écoulement des gaz depuis une valeur liée à la section d'entrée à l'extrémité amont pour atteindre une valeur finale à l'extrémité aval de l'élément tubulaire 16 sensiblement égale au diamètre du monolithe 21. L'augmentation de ladite largeur est linéaire sur une portion de la partie tubulaire 16 disposée de manière préférentielle du côté de l'extrémité aval de ladite partie tubulaire, l'encombrement du conduit d'amenée et donc du dispositif d'échappement est réduit. La partie tubulaire 16 est prolongée ensuite par une coque 25 présentant une cavité sensiblement cylindrique 30 dont le diamètre est légèrement supérieur au diamètre de l'enveloppe cylindrique 20 entourant le monolithe 21 et coaxiale avec le monolithe et l'enveloppe cylindrique. Ladite cavité est destinée à accueillir ladite enveloppe cylindrique qui y est emboitée. Le conduit d'amenée, l'enveloppe ainsi que la coque de sortie sont de 25 manière préférentielle obtenus par emboutissage à partir d'une plaque métallique et soudure. Le conduit d'amenée est de façon préférentielle composé de deux demi-coquilles 26, 27 obtenues par emboutissage de plaque d'acier puis assemblées par soudure. La fabrication est donc simple et peu couteuse.

Le monolithe 21 est inséré dans l'enveloppe métallique 21 suivie du mélangeur de gaz 32 du second système de dépollution 30. L'enveloppe 20 est alors emboitée premièrement dans la cavité de la coque d'entrée 25 et dans la cavité de la coque de sortie 22 et l'ensemble subit une étape de soudure finale pour l'assemblage des différents composants. Le procédé de fabrication est simple et peu couteux. Le dispositif est alors disposé à côté du moteur dans le compartiment moteur. Lors du fonctionnement du moteur, les gaz brulés issus du moteur traversent ainsi un collecteur d'échappement (non représenté) pour passer ensuite dans le turbocompresseur et plus précisément l'élément de turbine (non représenté) du turbocompresseur 14 pour entrer dans le dispositif d'échappement 10 par le conduit d'amenée 12 qui permet une diffusion des gaz et la vitesse des gaz au débouché dans la cavité d'entrée de la coque 25 est sensiblement homogène. L'arrosage du premier monolithe est donc plus efficace, ce qui permet de maintenir une efficacité optimale de post-traitement du catalyseur. Les gaz sont ensuite dirigés vers un premier système de dépollution qui est le pot catalytique 11 puis vers d'autres systèmes de dépollution tels qu'un filtre à particules ou un piège à NOX (non représenté). Selon le mode de réalisation de la figure 2, le premier monolithe 21 est un système d'oxydation catalytique (DOC ou Diesel Oxydation catalyst) et le deuxième monolithe 30 est un filtre à particules (FAP). Ils sont séparés par un mélangeur 32 dont la largeur est de 60mm. Ils peuvent cependant être des monolithes associés à d'autres fonctions de dépollution tels que par exemple un piège à oxydes d'azote (ou NOx trap) ou un système de catalyse (SCR). L'objet de l'invention est atteint : les gaz sont acheminés dans le conduit d'amenée 12 pour permettre un arrosage sensiblement homogène du monolithe 21 tout en réduisant les pertes de charges par rapport à l'utilisation d'un conduit tubulaire cylindrique et en réduisant l'encombrement dudit dispositif notamment selon l'axe longitudinal X.

L'invention n'est pas réduite au mode de réalisation présenté ci-avant et d'autres solutions peuvent venir dans l'esprit de l'homme du métier, par exemple pour améliorer davantage l'arrosage du monolithe avec une direction des flux par une paroi légèrement inclinée de la cavité cylindrique d'entrée du conduit d'amenée 12.

Claims (12)

1. REVENDICATIONS1) Dispositif d'échappement (10) d'un circuit d'échappement de moteur à combustion interne comprenant : -un système de dépollution (11) comprenant au moins un monolithe sensiblement cylindrique (21), -un conduit d'amenée (12) de gaz disposé de façon orthogonale par rapport à l'axe du monolithe du système de dépollution, caractérisé en le conduit d'amenée des gaz présente une section de passage (23) des gaz oblongue avec une épaisseur (24) et une largeur (25).
2. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conduit d'amenée (16) des gaz est prolongé selon sa section d'entrée par un élément cylindrique (15) adapté à être connecté avec la sortie d'un élément en amont du circuit d'échappement.
3. 3) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la section oblongue d'entrée (23) à une extrémité amont du conduit d'amenée (12) est au moins égale à la section de l'élément cylindrique (15).
4. 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la section oblongue (23) de passage des gaz à l'extrémité aval du conduit d'amenée (12) est supérieure à la section de passage à l'extrémité amont dudit conduit.
5. 5) Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la section oblongue (23) de passage du conduit d'amenée (12) augmente sur une portion dudit conduit (12).
6. 6) Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la section (23) de passage augmente de façon sensiblement linéaire sur la portion du conduit d'amenée (12) des gaz.
7. 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'épaisseur (24) de la section de passage (23) des gaz est constante tout le long du conduit d'amenée (12).
8. 8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la largeur (25) de la section de passage (23) augmente depuis une valeur liée à la section de passage à l'extrémité amont du conduit d'amenée jusqu'à atteindre le diamètre du monolithe (21) à l'extrémité aval.
9. 9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le conduit d'amenée (12) des gaz est prolongé selon sa grande section tournée vers le système de dépollution (11) par une coque (25) présentant une cavité cylindrique coaxiale avec le au moins un monolithe (21, 33).
10. 10)Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le système de dépollution (11) comprend une enveloppe cylindrique (20) entourant le au moins un monolithe (21, 33) et emboitée dans la cavité cylindrique du conduit d'amenée (12) des gaz.
11. 11)Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le système de dépollution (11) est compris dans une liste comprenant un pot catalytique, un filtre à particules, un piège à oxydes d'azote (NOx Trap) ou un système de catalyse SCR.
12. 12) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le système de dépollution (11) comprend une enveloppe cylindrique (20) entourant deux monolithes (21,33), chacun des deux monolithes étant associé à une fonction de dépollution différente de l'autre et comprise dans une liste comprenant un pot catalytique, un filtre à particules, un piège à oxydes d'azote (NOx Trap) ou un système de catalyse SCR.