FR3062416A1 - Dispositif de traitement des gaz d'echappement, ligne d'echappement et procede de fabrication correspondant - Google Patents

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Abstract

Le dispositif de traitement des gaz d'échappement comprend : - au moins un organe (3, 85) de purification, avec un substrat (11, 87) de purification des gaz d'échappement; - un échangeur de chaleur (5) situé axialement au-delà d'une extrémité axiale du substrat (11, 87); - un corps (29); - une vanne (7) comportant un volet (31) disposé dans le volume interne du corps (29). L'entrée d'échangeur (25) et la sortie d'échangeur (27) débouchent dans le volume interne. Au moins 45% d'un volume du corps (29) est dans un espace fictif (E) situé dans le prolongement axial du ou des substrats de purification (11, 87). Le corps (29) comporte au moins un premier orifice (39) communiquant fluidiquement avec la sortie d'organe de purification (20), et un deuxième orifice (41) définissant une sortie pour les gaz d'échappement.

Description

Titulaire(s) : FAURECIA SYSTEMES D'ECHAPPEMENT Société par actions simplifiée.
O Demande(s) d’extension :
(® Mandataire(s) : LAVOIX.
® DISPOSITIF DE TRAITEMENT DES GAZ D'ECHAPPEMENT, LIGNE D'ECHAPPEMENT ET PROCEDE DE FABRICATION CORRESPONDANT.
FR 3 062 416 - A1
Le dispositif de traitement des gaz d'échappement comprend:
- au moins un organe (3, 85) de purification, avec un substrat (11,87) de purification des gaz d'échappement;
- un échangeur de chaleur (5) situé axialement au-delà d'une extrémité axiale du substrat (11,87);
- un corps (29);
- une vanne (7) comportant un volet (31 ) disposé dans le volume interne du corps (29).
L'entrée d'échangeur (25) et la sortie d'échangeur (27) débouchent dans le volume interne. Au moins 45% d'un volume du corps (29) est dans un espace fictif (E) situé dans le prolongement axial du ou des substrats de purification (11,87). Le corps (29) comporte au moins un premier orifice (39) communiquant fluidiquement avec la sortie d'organe de purification (20), et un deuxième orifice (41) définissant une sortie pour les gaz d'échappement.
Figure FR3062416A1_D0001
Figure FR3062416A1_D0002
Figure FR3062416A1_D0003
Dispositif de traitement des gaz d’échappement, ligne d’échappement et procédé de fabrication correspondant
L’invention concerne en général les dispositifs de traitement des gaz d’échappement.
Plus précisément, l’invention concerne selon un premier aspect un dispositif de traitement des gaz d’échappement d’un véhicule, du type comprenant :
- au moins un organe de purification des gaz d’échappement, le ou chaque organe de purification comportant une enveloppe externe, un substrat de purification des gaz d’échappement logé dans l’enveloppe externe et présentant un axe central, la ou au moins une des enveloppes externes présentant une sortie d’organe de purification pour les gaz d’échappement ;
- un échangeur de chaleur comportant un côté de circulation des gaz d’échappement pourvu d’une entrée d’échangeur pour les gaz d’échappement et d’une sortie d’échangeur pour les gaz d’échappement, l’échangeur de chaleur étant situé axialement au-delà d’une extrémité axiale du substrat du ou de chaque organe de purification ;
- un corps délimitant un volume interne ;
- une vanne comportant un volet disposé dans le volume interne du corps et mobile par rapport au corps.
EP 2 955 362 décrit un tel dispositif. L’organe de purification est fermé côté aval par une coupelle dans laquelle sont ménagées deux sorties pour les gaz d’échappement. L’une des sorties débouche dans le corps de vanne, et l’autre dans l’échangeur de chaleur.
Un tel agencement permet au dispositif de traitement des gaz d’échappement d’être extrêmement compact. En revanche, les pertes parasites sont très élevées. On entend par là que les mouvements des gaz d’échappement dans l’échangeur de chaleur restent significatifs même quand la vanne est en position de court-circuit et dirige les gaz d’échappement dans un chemin de passage qui bipasse l’échangeur de chaleur.
Dans ce contexte, l’invention vise à proposer un dispositif de traitement des gaz d’échappement qui soit compact, et dans lequel les pertes parasites sont diminuées.
A cette fin, l’invention porte sur un dispositif de traitement des gaz d’échappement du type précité, caractérisé en ce que :
- l’entrée d’échangeur et la sortie d’échangeur débouchent dans le volume interne ;
- au moins 45% d’un volume du corps, de préférence au moins 55%, est dans un espace fictif situé dans le prolongement axial du ou des substrats de purification, l’espace fictif comprenant, pour le ou chaque organe de purification, un cylindre coaxial à l’axe central du substrat de purification dudit organe de purification et de section droite perpendiculairement audit axe central identique à une projection orthogonale du substrat de purification dudit organe de purification dans un plan perpendiculaire audit l’axe central
- le corps comporte au moins un premier orifice communiquant fluidiquement avec la sortie d’organe de purification, et un deuxième orifice définissant une sortie pour les gaz d’échappement.
Ainsi, l’échangeur de chaleur est alimenté en gaz d’échappement seulement à travers le corps. Il n’y a plus de communication directe entre la sortie de l’organe de purification et l’entrée de l’échangeur de chaleur pour les gaz d’échappement.
Le dispositif de traitement peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- le premier orifice et l’entrée d’échangeur s’étendent dans des plans respectifs formant entre eux un angle compris entre 30° et 120° ;
- le volet est déplaçable au moins entre une position de court-circuit dans laquelle le volet dégage un passage direct pour les gaz d’échappement depuis le premier orifice jusqu’au deuxième orifice sans passer par l’échangeur de chaleur, et une position d’échange de chaleur dans laquelle le volet obture une ouverture et coupe le passage direct, le dispositif comprenant un guide flux délimitant un canal de circulation pour les gaz d’échappement depuis le premier orifice vers l’ouverture, de préférence jusqu’à l’ouverture ;
- le premier orifice et l’ouverture s’étendent dans des plans respectifs formant entre eux un angle compris entre 30° et 120° ;
- l’ouverture est délimitée par un bord périphérique, le guide flux présentant une extrémité aval délimitant une ouverture aval par laquelle les gaz d’échappement sortent du canal de circulation, l’extrémité aval étant séparée du bord périphérique de l’ouverture par un interstice ;
- l’extrémité aval, considérée en projection dans un plan contenant l’ouverture, s’inscrit à l’intérieur de l’ouverture, la projection étant selon une direction parallèle au plan dans lequel s’inscrit le premier orifice et contenue dans un plan perpendiculaire à la fois au premier orifice et à l’ouverture ;
- le guide flux présente une section de passage décroissante du premier orifice vers l’ouverture ;
- le dispositif présente un passage indirect pour les gaz d’échappement depuis le premier orifice jusqu’au deuxième orifice, passant par l’échangeur de chaleur, le passage direct et le passage indirect étant superposés selon le ou un des axes centraux ;
- les premier et deuxième orifices s’étendent dans des plans respectifs formant entre eux un angle compris entre 30° et 120° ;
- qu’au moins 30% d’un volume de l’échangeur de chaleur, de préférence au moins 45%, est dans l’espace fictif ;
- l’échangeur de chaleur est logé dans le volume interne du corps ;
- l’échangeur de chaleur est disposé à l’extérieur du corps, le corps ayant des troisième et quatrième orifices communiquant fluidiquement avec l’entrée d’échangeur et avec la sortie d’échangeur ;
- le volet est mobile par rapport au corps autour d’un axe de rotation sensiblement perpendiculaire au ou à chaque axe central.
Selon un second aspect, l’invention porte sur une ligne d’échappement de véhicule, comprenant :
- une ligne principale sur laquelle est intercalé un dispositif de traitement ayant les caractéristiques ci-dessus ;
- une ligne de recyclage des gaz d’échappement vers une admission d’air du moteur ;
- le côté de circulation des gaz d’échappement de l’échangeur comprenant une sortie supplémentaire communiquant fluidiquement avec la ligne de recyclage.
Selon un troisième aspect, l’invention porte sur un procédé de fabrication d’un dispositif de traitement ayant les caractéristiques ci-dessus, le procédé comprend les étapes suivantes :
- réaliser par calcul une cartographie de pression statique et/ou de vitesse des gaz d’échappement à l’intérieur du corps ;
- en utilisant la cartographie, déterminer en différents points répartis sur des parois du guide flux une différence entre une pression statique côté intérieur du guide flux et une pression statique côté extérieur du guide flux et/ou une vitesse tangentielle des gaz d’échappement côté intérieur du guide flux ;
- déterminer un intervalle de variation de la différence de pression audits points et/ou un intervalle de variation de la vitesse tangentielle auxdits points;
- réaliser des trous dans les parois du guide flux dans des zones où la différence de pression est dans une moitié inférieure de l’intervalle de variation de la différence de pression et/ou la vitesse tangentielle est dans une moitié supérieure de l’intervalle de variation de la vitesse tangentielle.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles :
- la figure 1 est une vue en perspective d’un dispositif de traitement conforme à un premier mode de réalisation de l’invention, le corps étant représenté transparent pour laisser apparaître les organes situés à l’intérieur de celui-ci ;
- la figure 2 est une vue en perspective, agrandie, d’une partie du dispositif de la figure 1, le volet étant représenté en position de court-circuit ;
- la figure 3 est une vue en perspective de certains éléments de la figure 2, considérés selon l’incidence de la flèche III de la figure 2 ;
- la figure 4 est une vue en perspective des éléments de la figure 2, considérés selon une autre incidence, le volet étant représenté en position d’échange de chaleur ;
- les figures 5 et 6 sont des représentations simplifiées du corps, du guide flux et de l’échangeur de chaleur, considérés dans un plan perpendiculaire à l’axe de l’organe de purification, montrant respectivement le résultat de calculs de simulation des vitesses des gaz d’échappement et des pressions de gaz d’échappement à l’intérieur du corps;
- les figures 7 à 9 illustrent un second et un troisième mode de réalisation de l’invention ;
- les figures 10 à 13 illustrent un quatrième mode de réalisation de l’invention ;
- les figures 14 et 15 illustrent un cinquième mode de réalisation de l’invention ; et
- les figures 16 et 17 illustrent une variante du cinquième mode de réalisation de l’invention.
Le dispositif de traitement des gaz d’échappement représenté sur la figure 1 est destiné à être intercalé dans la ligne principale d’une ligne d’échappement de véhicule.
Le véhicule est typiquement un véhicule automobile, par exemple une voiture ou un camion.
Dans la présente demande, l’amont et l’aval sont entendus relativement au sens de circulation normal des gaz d’échappement.
Le dispositif de traitement 1 comprend au moins un organe de purification des gaz d’échappement 3, un échangeur de chaleur 5, et une vanne 7.
Un premier mode de réalisation de l’invention va être décrit, en référence aux figures 1 à 6.
Le dispositif de traitement 1 comporte un seul organe de purification des gaz d’échappement. En variante, le dispositif comporte deux ou plus de deux organes de purification des gaz d’échappement.
Le ou chaque organe de purification 3 comporte une enveloppe externe 9, et au moins un substrat 11 de purification des gaz d’échappement logé dans l’enveloppe externe 9 et présentant un axe central X.
Dans l’exemple représenté sur la figure 1, l’organe de purification ne comporte qu’un seul substrat 11. En variante, l’organe de purification 3 comporte deux substrats de purification placés en série, ou plus de deux substrats.
Le ou chaque substrat est typiquement un catalyseur 3 voies (TWC : three way catalyst) , un filtre à particules, ou un piège à NOx, ou un catalyseur d’oxydation des hydrocarbures et du CO, ou un catalyseur de réduction des NOx, ou un catalyseur de type SCR (Sélective Catalytic Réduction) ou encore un organe de type SCRF (Sélective Catalytic Réduction Filter), ...
Le substrat 11 présente toute forme adaptée. L’axe central X est généralement parallèle à la direction d’écoulement des gaz d’échappement au sein de l’organe de purification. II passe généralement par le centre géométrique de chaque section droite du substrat prise perpendiculairement au sens d’écoulement des gaz d’échappement.
Typiquement, l’enveloppe externe 9 comporte une partie centrale tubulaire 13, une partie d’extrémité amont 15 et une partie d’extrémité aval 17. La partie centrale 13 est typiquement sensiblement cylindrique, par exemple de base circulaire. Elle est typiquement coaxiale à l’axe central X. Les parties d’extrémité amont et aval 15, 17 sont rapportées sur deux extrémités axiales opposées de la partie centrale 13.
L’enveloppe externe 9 présente une entrée d’organe de purification 19 et une sortie d’organe de purification 20 pour les gaz d’échappement, visible sur la figure 2.
L’entrée 19 est raccordée à une partie amont de la ligne principale et communique fluidiquement avec un collecteur captant les gaz d’échappement sortant du moteur.
Dans l’exemple représenté, la partie d’extrémité amont 15 est un cône. II délimite l’entrée d’organe de purification 19 pour les gaz d’échappement.
Dans l’exemple représenté, la partie d’extrémité aval 17 a la forme d’une coupelle. Elle comporte un fond 21 et un bord tombé 23 s’étendant sur toute la périphérie du fond 21. Le fond 21 est sensiblement perpendiculaire à l’axe central X. Le bord tombé 23 est rapporté, et plus spécifiquement rigidement fixé de manière étanche, sur la partie centrale 13 de l’enveloppe externe.
La sortie 20 est découpée dans la partie d’extrémité aval 17 et plus précisément dans le fond 21.
L’échangeur de chaleur 5 comporte un côté de circulation des gaz d’échappement et un côté de circulation d’un fluide caloporteur, les gaz d’échappement cédant une partie de leur énergie calorifique au fluide caloporteur en traversant l’échangeur de chaleur 5. Le fluide caloporteur est prévu pour réchauffer par exemple le fluide de refroidissement du moteur, ou l’habitacle du véhicule, ou tout autre circuit ou organe du véhicule.
Le côté de circulation des gaz d’échappement est pourvu d’une entrée d’échangeur 25 pour les gaz d’échappement et d’une sortie d’échangeur 27 pour les gaz d’échappement, visibles par exemple sur la figure 4.
L’échangeur de chaleur 5 est situé, suivant la direction axiale, au-delà d’une extrémité axiale du ou de chaque organe de purification 3. On entend par là que l’échangeur de chaleur 5 est entièrement placé, axialement, d’un côté du ou des organes de purification.
Le dispositif 1 comporte un corps 29 délimitant un volume interne. La vanne 7 comporte un volet 31 disposé dans le volume interne du corps 29 et mobile par rapport à ce corps 29.
Typiquement, le corps 29 est rapporté sur l’enveloppe externe 9, et plus précisément sur la partie d’extrémité aval 17.
Typiquement, la vanne 7 comporte un mécanisme d’entraînement du volet 31.
Dans l’exemple représenté, le volet 31 est déplaçable par rapport au corps 29 en rotation autour d’un axe de rotation qui est ici confondu avec l’axe central X.
En variante, l’axe de rotation n’est pas confondu avec l’axe central X. Selon une autre variante, le volet se déplace par rapport au corps 29 selon un mouvement qui n’est pas rotatif.
Dans l’exemple représenté, le volet 31 est rigidement fixé à un moyeu tubulaire 33, monté rotatif autour de paliers 35, seul un des paliers étant représenté sur les figures 1, 2 et 3. Le mécanisme d’entraînement comporte typiquement un actionneur non représenté et une chaîne cinématique transmettant le couple rotatif de l’actionneur à une tige 37 visible sur les figures 1,2 et 3. La tige 37 est solidaire en rotation du moyeu 33.
Au moins 45% d’un volume du corps 29 est dans un espace fictif E situé dans le prolongement axial du ou des substrats de purification 11.
L’espace fictif E est matérialisé sur la figure 1.
Plus précisément, pour le ou chaque organe de purification 3, l’espace fictif E comprend un cylindre coaxial à l’axe central X du substrat de purification 11 dudit organe de purification 3. Ce cylindre a une section droite, perpendiculairement audit axe central, identique à une projection orthogonale du substrat 11 dudit organe de purification sur un plan perpendiculaire audit axe central X.
Ainsi, quand le dispositif de traitement 1 ne comporte qu’un seul organe de purification 3, l’espace fictif E ne comprend qu’un seul cylindre.
Dans l’exemple de réalisation de la figure 1, la projection orthogonale du substrat de purification 11 est sensiblement circulaire. En variante, elle pourrait être elliptique, ovale, ou avoir toute autre forme, carrée, rectangulaire, etc.
Comme indiqué précédemment, au moins 45% du volume du corps 29 est logé dans l’espace fictif E, de préférence au moins 60%, encore de préférence au moins 75%, et encore plus de préférence au moins 90%.
Dans l’exemple de la figure 1, environ 80% du volume du corps 29 est logé dans l’espace fictif E.
De même, au moins 30% du volume de l’échangeur de chaleur 5 est logé dans le volume fictif E, de préférence au moins 45%, encore de préférence au moins 60%, et encore plus de préférence au moins 90%.
L’espace fictif E présente axialement une longueur limitée, inférieure à deux fois la longueur axiale de l’organe de purification 3, de préférence inférieure à la longueur axiale de l’organe de purification, encore de préférence inférieure à 50% de la longueur axiale de l’organe de purification.
Le corps 29 comporte au moins un premier orifice 39 communiquant fluidiquement avec la sortie 20 d’organe de purification. En outre, le corps 29 a un second orifice 41, définissant une sortie pour les gaz d’échappement hors du volume interne du corps 29.
Dans le premier mode de réalisation, l’échangeur de chaleur 5 est situé hors du corps 29. L’entrée d’échangeur 25 et la sortie d’échangeur 27 débouchent dans le volume interne du corps 29. Le corps 29 a des troisième et quatrième orifices 43, 45 communiquant fluidiquement respectivement avec l’entrée d’échangeur 25 et la sortie d’échangeur 27.
Typiquement, comme illustré sur les figures, le premier orifice 39 est placé en coïncidence avec la sortie 20. Il présente alors typiquement sensiblement la même taille et la même forme que la sortie 20, qu’il recouvre complètement.
De même, typiquement, les troisième et quatrième orifices sont placés en coïncidence avec l’entrée 25 et la sortie 27. Ils présentent ainsi sensiblement la même taille et la même forme que l’entrée 25 et la sortie 27, comme visible sur les figures 2 à 4.
Dans une variante non représentée, les premier, troisième et quatrième orifices sont raccordés par des portions de conduit à la sortie d’organe de purification, à l’entrée et à la sortie d’échangeur.
Dans le premier mode de réalisation, le second orifice 41 est raccordé à une partie aval de la ligne principale, et communique fluidiquement avec une canule par laquelle ces gaz d’échappement sont relargués dans l’atmosphère.
Selon un aspect avantageux de l’invention, le premier orifice 39 et l’entrée d’échangeur 25 s’étendent dans des plans respectifs formant entre eux un angle compris entre 30° et 120°, de préférence compris entre 65°et 105°, et valant par exemple 90°. Ainsi, les gaz d’échappement pénétrant à l’intérieur du corps par le premier orifice doivent effectuer un changement de direction pour pénétrer dans l’échangeur de chaleur. Ceci contribue à diminuer les pertes parasites dans l’échangeur de chaleur.
De même, la sortie d’échangeur 27 est généralement orientée de la même façon que l’entrée d’échangeur 25, et forme typiquement elle aussi un angle compris entre 30° et 120° avec le premier orifice.
Dans le premier mode de réalisation, le premier orifice 39 et le second orifice 41 s’étendent dans des plans respectifs qui forment eux aussi un angle entre eux compris entre 30° et 120°, de préférence entre 65 et 105°jet valant par exemple 90°. Ainsi, le corps 29 est utilisé pour faire faire un changement de direction aux gaz d’échappement, ce qui est nécessaire dans certaines géométries de la ligne d’échappement.
Dans l’exemple de la figure 1, le corps 29 comporte une plaque de base 47 et un couvercle 49 rapporté sur la plaque de base 47. Les troisième et quatrième orifices 43, 45 sont découpés dans la plaque de base 47. La plaque de base 47 comporte un fond 51 et un bord dressé 53 sur lequel est rapporté le couvercle 49. La plaque de base 47 porte les paliers 35. Ceux-ci sont agencés de telle sorte que la tige 37 soit disposée entre les troisième et quatrième orifices 43, 45.
Dans l’exemple représenté, la plaque de base 47 a une forme sensiblement rectangulaire.
Le couvercle 49, dans l’exemple représenté, a une forme générale de demicylindre.
II présente une paroi latérale 55, sensiblement coaxiale à l’axe central X, et s’étendant sur environ 180° autour de l’axe X. II comporte également des parois semicirculaires supérieure et inférieure 57, 59 solidaires de la paroi latérale 55. Les parois 55, 57 et 59 délimitent entre elles une bouche de forme correspondante à celle du bord dressé 53, obturée par la plaque de base 47. Le premier orifice 39 est ménagé dans la paroi inférieure 59, et le second orifice 41 dans la paroi latérale 55.
Typiquement, la paroi inférieure 59 est plaquée contre le fond 21 de la partie aval de l’enveloppe 9.
Le volet 31 est déplaçable au moins entre une position de court-circuit représentée sur les figures 1 et 2 dans laquelle le volet 31 dégage un passage direct pour les gaz d’échappement depuis le premier orifice 39 jusqu’au second orifice 41 sans passer par l’échangeur de chaleur, et une position d’échange de chaleur représentée sur la figure 4, dans laquelle le volet 31 obture une ouverture 61 située le long du passage direct, et coupe ainsi le passage direct.
Le dispositif 1 présente également un passage indirect de circulation des gaz d’échappement du premier orifice 39 au deuxième orifice 41, passant par l’échangeur de chaleur 5. En position d’échange de chaleur, les gaz d’échappement circulent dans le passage indirect.
Typiquement, le volet 31 obture une extrémité de l’échangeur de chaleur 5 en position de court-circuit. Avantageusement, le volet 31 obture la sortie de l’échangeur 27.
Dans l’exemple représenté, la vanne 7 comporte un cadre 63 rigidement fixé dans le volume interne du corps 29. L’ouverture 61 est délimitée dans le cadre 63.
Dans l’exemple représenté, le cadre 63 s’étend dans un plan radial par rapport à l’axe de rotation du volet 31. II s’étend sensiblement depuis le moyeu 33 jusqu’à la paroi latérale 55.
En position de court-circuit, le volet 31 obture le quatrième orifice 45. Dans la position d’échange de chaleur, le volet 31 obture l’ouverture 61, et est plaqué contre le cadre 63.
L’ouverture 61 et le premier orifice 39 s’étendent dans des plans respectifs formant entre eux un angle compris entre 30° et 120°, de péférence compris entre 45° et 105°. Dans l’exemple de réalisation des figures 1 à 6, l’angle est de 90°.
Le dispositif de traitement 1 comprend avantageusement un guide flux 65 délimitant un canal de circulation pour les gaz d’échappement depuis le premier orifice 39 vers l’ouverture 61, de préférence jusqu’à l’ouverture 61.
Comme visible sur la figure 2, le guide flux 65 présente une extrémité aval 67, délimitant une ouverture aval 69 par laquelle les gaz d’échappement sortent du canal de circulation.
L’extrémité aval 67 est séparée du bord périphérique de l’ouverture 61, c’est-à-dire du cadre 63, par un interstice 71. En d’autres termes, l’extrémité aval 67 est située en regard et à proximité immédiate du bord périphérique de l’ouverture 61. En revanche, l’extrémité aval 67 n’est pas en contact avec le bord périphérique de l’ouverture 61.
Par ailleurs, l’extrémité aval 67, considérée en projection dans un plan contenant l’ouverture 61, s’inscrit à l’intérieur de cette ouverture 61. Comme visible sur la figure 3, au moins 75% de l’extrémité aval 67 s’inscrit à l’intérieur de l’ouverture, 61, de préférence au moins 90% de l’extrémité aval 67. On considère ici une projection selon une direction parallèle au plan dans lequel s’inscrit le premier orifice 39, ladite direction étant contenue dans un plan perpendiculaire à la fois au premier orifice 39 et à l’ouverture 61.
Ceci permet d’éviter que des veines de gaz d’échappement soient arrêtées par le cadre, ce qui créerait une surpression locale dans l’interstice 71. Cette surpression locale conduirait à une augmentation du débit de gaz d’échappement vers l’entrée de l’échangeur, et donc à une augmentation de la puissance parasite.
Le guide flux 65 présente également une extrémité amont 73 délimitant une ouverture amont 75 située en regard et immédiatement à proximité du premier orifice 39.
Dans l’exemple représenté, l’ouverture amont est légèrement plus petite que le premier orifice. Ainsi, la quasi-totalité des gaz d’échappement pénétrant dans le corps par le premier orifice 39 est captée par le guide flux 65, puis canalisé jusqu’à l’extrémité aval 67.
L’ouverture amont 75 et l’ouverture aval 69 sont ici sensiblement perpendiculaires l’une à l’autre.
Comme visible notamment sur la figure 2, ces ouvertures débouchent l’une dans l’autre, au sens où elles ne sont pas séparées l’une de l’autre par un pont de matière. Ceci facilite la fabrication du guide-flux 65.
Chaque ouverture est ainsi délimitée par un bord en U, les deux bords en U étant sensiblement perpendiculaires l’un à l’autre.
Le guide flux 65 présente une section de passage pour les gaz d’échappement décroissante du premier orifice 39 vers l’ouverture 61, c’est-à-dire de l’amont vers l’aval.
Le guide flux 65 présente une paroi interne 77 et une paroi externe 79, en vis-à-vis l’une de l’autre. La paroi interne 77 est tournée vers la plaque de base 47. La paroi externe 79 est tournée vers la paroi latérale 55. Les parois 77 et 79 sont raccordées l’une à l’autre par une paroi arquée 81. Chaque paroi ΊΊ, 79 définit une partie du bord de l’ouverture amont, une partie du bord de l’ouverture aval. La paroi arquée 81 s’étend sur un secteur angulaire de 90° environ, depuis l’ouverture amont jusqu’à l’ouverture aval. Elle est convexe vers l’intérieur du canal, avec un fond sensiblement en U.
La présence du guide flux 65 contribue à réduire les pertes parasites, quand le volet est en position de court-circuit. Il contribue également à réduire les recirculations à l’intérieur du corps et la contre-pression, en position de court-circuit du volet.
Les parois du guide flux sont percées par des trous 83. Comme expliqué plus loin, et comme illustré sur la figure 6, ces trous sont disposés dans des zones où la différence de pression au niveau de la paroi entre le côté intérieur du guide flux et le côté extérieur du guide flux est faible. En plus de ce critère, ou à la place de ce critère, on réalise les trous dans des zones des parois où la vitesse des gaz d’échappement est forte (voir figure 5). On considère ici la vitesse tangentielle, c’est-à-dire la vitesse des gaz d’échappement le long de la paroi, parallèlement à cette paroi. Plus cette vitesse est élevée quand les gaz d’échappement passent au niveau des trous, plus la quantité de gaz d’échappement s’échappant par les trous sera faible quand le volet sera en position de court-circuit.
Ces critères de choix pour la position des trous 83 permettent de réduire le flux parasite.
Dans l’exemple représenté, les trous 83 sont disposés dans la paroi interne 77 et dans la paroi externe 79 du guide flux.
La figure 5 illustre les vitesses des gaz d’échappement à l’intérieur du corps.
Le volume interne du corps a été divisé en plusieurs zones référencées a à e, correspondant sensiblement à des fourchettes de vitesses pour les gaz d’échappement. Les vitesses sont croissantes de a à e dans cet ordre, la zone a étant la zone de plus basse vitesse, et la zone e étant la zone de plus haute vitesse.
On voit que les trous 83 sont situés dans des zones des parois où les vitesses tangentielles sont élevées. La vitesse tangentielle est plus faible au niveau de la paroi arquée 81 et plus élevée le long des parois interne et externe ΊΊ, 79. Elle augmente quand on se rapproche de l’extrémité aval 67.
La figure 6 illustre le niveau de pression à l’intérieur du guide-flux. La pression est sensiblement uniforme à l’extérieur du guide-flux.
L’intérieur du guide-flux a été divisé en plusieurs zones référencées a à o, correspondant sensiblement à des fourchettes de pression décroissantes dans cet ordre. La zone a est la zone de plus forte pression, la zone o est la zone de plus basse pression.
On voit que les trous 83 sont situés dans les zones où la différence de pression de part et d’autre des parois du guide flux est relativement faible.
La pression est plus forte le long de la paroi arquée 81 et plus faible le long des parois interne et externe 77, 79. Elle diminue quand on se rapproche de l’extrémité aval 67 du guide flux 65.
Le fonctionnement du dispositif de purification 1 va maintenant être détaillé.
Les gaz d’échappement pénètrent dans l’organe de purification 3 par l’entrée 19. Après avoir traversé le ou chaque substrat 11, les gaz d’échappement quittent l’organe de purification 3 par la sortie 20. Ils pénètrent alors à l’intérieur du corps 29 par le premier orifice 39.
Quand le volet 31 est en position de court-circuit, les gaz d’échappement sont dirigés par le guide flux 65 depuis le premier orifice 39 jusqu’à l’ouverture 61. Ils circulent à l’intérieur du canal de circulation. Ils sont captés en totalité par l’ouverture amont 75, et sont déviés par les parois du guide flux jusqu’à l’ouverture aval 69. Du fait de la disposition de l’ouverture aval 69 du guide flux par rapport à l’ouverture 61, la perte de charge générée par les gaz d’échappement passant à travers l’ouverture 61 est réduite. De même, du fait de la position des trous 83 sur les parois du guide flux, seule une faible quantité de gaz d’échappement quitte le canal de circulation en traversant les parois du guide flux ou en passant par l’interstice 71. Ceci contribue à réduire la quantité de gaz d’échappement pénétrant par l’entrée 25 dans l’échangeur de chaleur.
La présence du guide flux 65 permet notamment de réduire les pertes de charge liées au changement de direction de circulation du flux de gaz d’échappement quand celui-ci passe de la sortie 20 de l’organe de purification au second orifice 41, et de réduire la quantité de gaz d’échappement pénétrant par l’entrée 25 dans l’échangeur de chaleur (pertes parasites).
La forme de la sortie 20 a été choisie de manière à maximiser la section d’entrée compte-tenu des contraintes de packaging et de liaison par soudure. La forme de l’extrémité amont 73 a été choisie de manière à créer un rayonnage d’entrée dans le guide flux, permettant de minimiser la contraction de veine fluide et donc la perte de charge en aval.
En position d’échange de chaleur, le volet 31 obture l’ouverture 61. Comme illustré sur la figure 4, les gaz d’échappement suivent le passage indirect. Plus précisément, les gaz sortant de l’organe de purification 3 par la sortie 20 pénètrent dans le corps 29 à travers le premier orifice 39. Ils sont captés par le guide flux 65, et circulent le long du canal de circulation délimité par le guide flux. Ils quittent le canal de circulation par l’interstice 71 existant entre l’extrémité aval 67 du guide flux et l’ouverture 61. Ils quittent également le guide flux par les trous 83. La présente d’un interstice 71 de largeur suffisante, et d’un nombre de trous 83 suffisant, permet de réduire la contre-pression quand le volet 21 est en position d’échange de chaleur. Après avoir quitté le canal de circulation à l’intérieur du guide flux 65, les gaz d’échappement suivent le passage indirect. Plus précisément, les gaz pénètrent dans l’échangeur de chaleur 5 par l’entrée 25, parcourent l’échange de chaleur et reviennent à l’intérieur du corps 29 par la sortie 27. Ils circulent alors jusqu’au second orifice 41 à l’intérieur du corps.
II est à noter que dans le premier mode de réalisation, le passage direct et le passage indirect sont juxtaposés dans un plan perpendiculaire à l’axe central X.
Un second mode de réalisation de l’invention va maintenant être détaillé, en référence à la figure 7. Seuls les points par lequel ce second mode de réalisation se différencie de celui des figures 1 à 6 seront détaillés ci-dessous. Les éléments identiques ou assurant la même fonction seront désignés par les mêmes références.
Dans le mode de réalisation de la figure 7, le dispositif de purification comprend deux organes de purification. En plus de l’organe de purification 3, le dispositif de traitement 1 comprend un organe de purification supplémentaire 85.
Typiquement, l’organe de purification 3 comporte un substrat de purification 11 du type TWC (three way catalyst ou catalyseur 3 voies : HC, CO et NOx) ou de type DOC (Diesel Oxydation Catalyst ou catalyseur d’oxydation diesel).
L’organe de purification supplémentaire 85 dans ce cas comporte typiquement au moins un substrat 87 de purification du type GPF (gazoline particulate filterou filtre à particules essence), ou CGPF (coated GPF= GPF imprégné), ou TWC, ou DPF (filtre à particule pour diesel) ou encore de type SCR (Sélective Catalytic Réduction ou réduction catalytique sélective), ou encore SCRF (Sélective Catalytic Réduction Filter ou filtre à réduction catalytique sélective), ou encore un catalyseur de réduction (DeNOx).
Le substrat 87 présente un axe central X’.
L’organe de purification supplémentaire 85 comporte également une enveloppe externe 89, le ou chaque substrat 87 étant logé à l’intérieur de l’enveloppe 89.
Typiquement, les axes X et X’ sont parallèles l’un à l’autre. En variante, ils forment un angle non nul l’un avec l’autre.
Les organes de purification 3 et 85 sont disposés côte à côte, au sens où leurs enveloppes externes sont disposées en vis-à-vis l’une de l’autre. L’enveloppe externe 89 présente une entrée d’organe de purification non représentée, communiquant fluidiquement avec le second orifice 41 du corps. Typiquement, le second orifice 41 et l’entrée d’organe de purification sont placés en coïncidence.
Une telle architecture est connue sous le nom d’architecture en U.
Du fait que le dispositif de traitement 1 comporte plusieurs organes de purification, l’espace fictif E comprend plusieurs cylindres. Les cylindres sont typiquement des volumes disjoints, séparés par un interstice. Selon une variante non représentée, les cylindres se touchent et définissent ensemble un espace fictif continu.
Dans l’exemple de réalisation de la figure 7, l’espace E comprend deux cylindres. La section de l’espace E dépend de la forme du substrat de chaque organe de purification.
Si par exemple chaque substrat de purification a une section circulaire, l’espace fictif E a une section droite constituée de deux cercles, de tailles identiques ou de tailles différentes, disjoints l’un de l’autre.
Si les substrats de purification ont une section carrée, l’espace fictif E a la forme de deux carrés disjoints.
Dans une telle architecture, une partie du corps 29 est située dans le prolongement axial de l’enveloppe externe de l’organe de purification 3, et une autre partie du corps 29 est disposée dans le prolongement axial de l’organe de purification supplémentaire 85. En revanche, une partie intermédiaire du corps 29 n’est pas logée dans l’espace fictif E, mais dans l’espace situé entre les deux cylindres constituant l’espace fictif E.
De manière avantageuse, le corps 29 constitue le volume permettant de raccorder la sortie de l’organe de purification 3 à l’entrée de l’organe de purification supplémentaire 85.
Un tel mode de réalisation est particulièrement compact.
Dans ce mode de réalisation, le troisième orifice 43 n’est pas situé dans un plan perpendiculaire au premier orifice 39. Il est plutôt situé dans un plan parallèle au premier orifice, en vis-à-vis de celui-ci.
Le quatrième orifice 45 est situé dans un plan parallèle au troisième orifice 43.
Le second orifice 41 n’est pas situé dans un plan perpendiculaire au premier orifice. Il est plutôt situé dans un plan sensiblement parallèle au premier orifice 39.
Une variante du second mode de réalisation de l’invention va maintenant être détaillée, en référence à la figure 8. Seuls les points par lesquels cette variante diffère de celle de la figure 7 seront décrits ci-dessous. Les éléments identiques ou assurant les mêmes fonctions seront désignés par les mêmes références.
La figure 8 illustre une variante du dispositif de traitement qui est particulièrement compacte. Dans cette variante, les enveloppes externes 9 et 89 des deux organes de purification sont séparées l’une de l’autre par un espace extrêmement réduit. .
Une telle architecture des deux organes de purification est décrite dans la demande de brevet déposée sous le numéro EP 15 305 613.0.
Le corps 29 délimite une bouche 90 qui vient s’adapter autour des enveloppes externes 9 et 89 des deux organes de purification. Il présente à l’opposé de la bouche 90 un fond 91 dans lequel sont ménagés des troisième et quatrième orifices 43 et 45.
Le cadre 63 s’étend à partir du fond 91 vers la bouche 90. Il divise la bouche 90 en deux zones, le long d’une ligne coïncidant avec l’espace séparant les enveloppes externes 9 et 89.
Un troisième mode de réalisation de l’invention va maintenant être détaillé, en référence à la figure 9.
Seuls les points par lesquels ce troisième mode de réalisation diffère du second seront détaillés ci-dessous.
Les éléments identiques ou assurant les mêmes fonctions seront désignés par les mêmes références.
Dans ce mode de réalisation, le côté de l’échangeur de chaleur prévu pour la circulation des gaz d’échappement comporte une sortie supplémentaire 92. Cette sortie 92 se pique immédiatement en amont de la sortie d’échangeur 27. La sortie 92 n’est jamais obturée, quelle que soit la position du volet 31. Un tel dispositif de traitement est prévu pour être intégré dans une ligne d’échappement du type comprenant :
- une ligne principale 93 sur laquelle est intercalé le dispositif de traitement 1 ;
- une ligne de recyclage 95 des gaz d’échappement vers une admission d’air 97 du moteur 99, la sortie supplémentaire 92 communiquant fluidiquement avec la ligne de recyclage 95.
Vers l’amont, la ligne principale 93 raccorde le dispositif de traitement 1 à un collecteur d’échappement 101 captant les gaz d’échappement provenant des chambres de combustion du moteur. Vers l’aval, la ligne principale 93 raccorde le dispositif de traitement à une canule non représentée par laquelle les gaz d’échappement, après purification, sont relargués dans l’atmosphère.
L’invention concerne également un procédé de fabrication d’un dispositif de traitement 1 ayant les caractéristiques ci-dessus.
Le procédé comprend au moins les étapes suivantes :
- réaliser par calcul une cartographie de pression statique et/ou de vitesse des gaz d’échappement à l’intérieur du corps 29 ;
- en utilisant la cartographie, déterminer en différents points répartis sur les parois du guide flux 65 une différence entre une pression statique côté intérieur du guide flux et une pression statique côté extérieur du guide flux et/ou une vitesse tangentielle des gaz d’échappement côté intérieur du guide flux ;
- déterminer un intervalle de variation de la différence de pression statique auxdits points et/ou un intervalle de variation de la vitesse tangentielle auxdits points ;
- réaliser des trous 83 dans les parois du guide flux 65 dans des zones où la différence de pression est dans une moitié inférieure de l’intervalle de variation de la différence de pression et/ou où la vitesse tangentielle est dans une moitié supérieure de l’intervalle de variation de la vitesse tangentielle.
Ainsi, la position des trous peut être choisie en ne considérant que les différences de pression de part et d’autre de la paroi du guide flux, ou que la vitesse tangentielle des gaz d’échappement au niveau de la paroi du guide flux, ou en considérant les deux critères à la fois.
La cartographie est réalisée par calcul, en considérant un ou plusieurs cas de fonctionnement typiques du véhicule.
L’intervalle de variation de la différence de pression est borné vers le bas par la plus faible différence de pression pour tous les points considérés, et vers le haut par la plus forte différence de pression pour tous les points considérés. Typiquement, on considère des points répartis sur toutes les parois du guide flux, notamment les parois ΊΊ, 79 et 81.
De même, l’intervalle de variation de la vitesse tangentielle est borné vers le bas par la plus faible vitesse tangentielle pour les points considérés, et vers le haut par la plus forte vitesse tangentielle pour les points considérés.
Les trous sont réalisés là où la différence de pression est dans une moitié inférieure de l’intervalle de variation, de préférence dans un quart inférieur de l’intervalle de variation. De même, les trous sont réalisés de préférence dans les zones où la vitesse tangentielle est dans une moitié supérieure de l’intervalle de variation, de préférence dans un quart supérieur de l’intervalle de variation.
On loge le maximum de trous dans la zone où la différence de pression statique est dans la moitié inférieure de l’intervalle.
Un quatrième mode de réalisation de l’invention va maintenant être décrit, en référence aux figures 10 à 13.
Seuls les points par lesquels ce quatrième mode de réalisation diffère du premier seront détaillés ci-dessous. Les éléments identiques ou assurant les mêmes fonctions seront désignés par les mêmes références.
Dans le quatrième mode de réalisation, la plaque de base 47 du corps 29 est remplacée par un capot 105. Le capot 105 a une forme concave et est typiquement obtenue par emboutissage.
L’échangeur de chaleur 5 est logé dans le volume interne du corps 29, typiquement à l’intérieur du capot 105.
Le corps 29 comporte par exemple des cloisons internes 107, 109 disposées à l’intérieur du capot 105 et rigidement fixées au capot 105. Les cloisons internes 107, 109 divisent le volume interne du capot 105 (figure 11) en trois chambres, dénommées ciaprès chambre d’entrée 111, chambre intermédiaire 113 et chambre de sortie 115. L’échangeur de chaleur 5 est placé dans la chambre intermédiaire 113, qui est délimitée entre les cloisons internes 107 et 109.
L’entrée d’échangeur 25 est placée en coïncidence avec un orifice découpé dans la cloison interne 107. La sortie d’échangeur 27 est placée en coïncidence avec un autre orifice, découpé dans la cloison interne 109.
Le capot 105 présente un bord libre à contour fermé 117, délimitant une ouverture 119. Le bord libre 117 a une forme correspondant à celle de la bouche du couvercle 49. Elle est fixée de manière étanche à la bouche du couvercle 49, par exemple par soudure.
La chambre d’entrée 111 débouche dans le volume interne du couvercle 49 à travers l’ouverture 119, en amont de l’ouverture 61.
La chambre de sortie 115 débouche elle aussi dans le volume interne du couvercle 49 à travers l’ouverture 119, mais en aval de l’ouverture 61.
Comme visible plus particulièrement sur la figure 12, la cloison interne 109 délimite avec une zone 121 du capot 105 un orifice de coupure 123. Dans la position de courtcircuit, le volet 31 obture l’orifice de coupure 123. La chambre de sortie 115 communique avec le volume interne du couvercle 49 seulement à travers cet orifice de coupure 123.
On voit sur les figures 12 et 13 qu’un bord 125 de la cloison interne 109 est plié de manière à délimiter avec la zone 121 une portée d’étanchéité pour le volet 31. Le bord 125 et la zone 121 s’étendent dans un même plan, parallèle à l’axe X dans l’exemple représenté.
Comme visible sur les figures 11 à 13, le corps 29 comporte une pièce en équerre 127, le cadre 63 constituant un des deux pans de l’équerre. L’équerre 127 est rigidement fixée au capot 105. Le deuxième pan 129 de l’équerre s’étend dans l’ouverture 119, dans un plan sensiblement parallèle à cette ouverture 119. Ce plan contient ou est parallèle à l’axe X. Comme visible notamment sur la figure 12, le pan 129 comporte une zone pleine 133 prolongée par deux bras 135. La zone pleine 133 jouxte l’arête de jonction entre le cadre 63 et le pan 129. Les bras 135 prolongent la partie pleine 133 en s’éloignant de l’arête de jonction, et s’étendent le long du bord libre 117, de part et d’autre de la chambre
111.
La cloison interne 107 est rigidement fixée à la partie pleine 133. Ainsi, la partie pleine 133 ferme la chambre intermédiaire 113, sensiblement depuis la cloison interne 107 jusqu’au cadre 63. La chambre intermédiaire 113 ne communique fluidiquement qu’avec la partie du volume interne du couvercle 49 située en aval de l’ouverture 61.
Les deux bras 135 sont prévus pour permettre une fixation rigide, étanche du pan 129 au capot 105, notamment le long du bord 117.
Comme visible notamment sur les figures 11 à 13, une nappe d’un matériau isolant thermiquement est interposée entre l’échangeur de chaleur 5 et le capot 105 ou la paroi pleine 133. Cette nappe est référencée 137. Des tubes d’entrée et de sortie 139, 141 amènent le fluide caloporteur et évacuent celui-ci de l’échangeur 5. Ces tubes traversent le capot 105.
La circulation des gaz d’échappement va maintenant être décrite.
En position d’échange de chaleur, le clapet 31 obture l’ouverture 61. Les gaz d’échappement pénétrant à l’intérieur du corps 29 par le premier orifice 39, parcourent le canal de circulation délimité par le guide flux 65, et sortent de celui-ci par l’interstice 71 et par les trous 83. Ils s’écoulent ensuite dans la chambre d’entrée 111 puis pénétrent dans l’échangeur de chaleur 5. Ils cèdent une partie de leur énergie calorifique au fluide caloporteur à l’intérieur de l’échangeur de chaleur 5, et sortent de celui-ci pour pénétrer dans la chambre de sortie 115. Ils traversent ensuite l’orifice de coupure 123, reviennent dans le volume interne du capot 49, en aval de l’ouverture 61, et quittent le corps 29 par le second orifice 41.
Dans la position de court-circuit, le clapet 31 obture l’orifice de coupure 123.
L’ouverture 61 en revanche est dégagée. Les gaz d’échappement pénétrant dans le corps par le premier orifice 39 s’écoulent dans le canal de circulation délimité par le guide-flux 65 jusqu’à l’ouverture 61. Ils traversent l’ouverture 61 et s’écoulent directement jusqu’au second orifice 41.
Un cinquième mode de réalisation de l’invention va maintenant être décrit, en référence aux figures 14 et 15.
Seuls les points par lesquels ce cinquième mode de réalisation diffère du quatrième seront décrits ci-dessous. Les éléments identiques ou assurant les mêmes fonctions seront désignés par les mêmes références dans les deux modes de réalisation.
Dans le cinquième mode de réalisation, le volet 31 est mobile par rapport au corps 29 autour d’un axe de rotation sensiblement perpendiculaire au ou à chaque axe central X.
Par ailleurs, le passage direct de circulation des gaz d’échappement et le passage indirect sont superposés selon le ou un des axes centraux X.
Dans l’exemple représenté, le passage direct est disposé à proximité immédiate de la sortie 20. Le passage indirect, dans lequel est logé l’échangeur de chaleur 5, est décalé axialement à distance de la sortie 20. Le passage direct et le passage indirect sont séparés l’un de l’autre par une cloison intermédiaire 145 sensiblement perpendiculaire à l’axe X.
Dans l’exemple de réalisation représenté sur les figures 14 et 15, outre la cloison intermédiaire 145, le corps 29 comporte une demi-coque inférieure 147, une demi-coque supérieure 149, un cône de sortie 151 et un cadre 153 sur lequel est articulé le volet 31.
La demi-coque inférieure 147 présente un fond 155 entouré par un bord tombé inférieur 157. Le premier orifice 39 est découpé dans le fond inférieur 155. Le fond inférieur 155 est plaqué contre la partie d’extrémité aval 17 de l’enveloppe externe 9 de l’organe de purification 3. Plus précisément, le fond inférieur 155 est plaqué contre le fond 21 de la partie d’extrémité aval.
La demi-coque supérieure 149 comporte un fond supérieur 159, entouré par un bord tombé supérieur 161. Le bord libre du bord tombé inférieur 157 est engagé dans le bord libre du bord tombé 161 et est soudé étanche sur celui-ci.
L’équerre 153 a une forme générale de coin.
Plus précisément, elle comporte une plaque inférieure 163 et une plaque supérieure 165, s’étendant dans des plans respectifs formant un angle compris entre 45 et 105° l’un avec l’autre. Les plaques inférieure et supérieure 163, 165 sont raccordées l’une à l’autre par une partie arquée 167. Les plaques 163 et 165 sont parallèles à l’axe de rotation du volet. Dans l’exemple représenté, les plaques inférieure et supérieure 163 et 165 convergent l’une vers l’autre, c’est-à-dire converge vers la partie arquée 167, suivant une direction transversale Y perpendiculaire à la fois à l’axe de rotation et à l’axe central X.
Les plaques inférieure et supérieure 163 et 165 sont également raccordées l’une à l’autre par deux plaques d’extrémités 169, sensiblement perpendiculaires à l’axe de rotation. Dans l’exemple, les plaques 169 ont une forme triangulaire. Les plaques 169 supportent les paliers de guidage en rotation du volet 31.
L’ouverture 61 est découpée dans la plaque inférieure 163. Une ouverture intermédiaire 171 est découpée dans la plaque supérieure 165. Le volet 31 est placé dans le volume délimité entre les plaques 169, la plaque inférieure 163 et la plaque supérieure 165. Dans la position d’échange de chaleur, représentée sur la figure 14, le volet 31 obture l’ouverture 61. Dans la position de court-circuit, le volet 31 obture l’ouverture intermédiaire 171, comme représenté sur la figure 15.
L’ouverture 61 et le premier orifice 39 s’étendent de préférence dans des plans respectifs formant entre eux un angle compris entre 30 et 60°, qui vaut 45° dans l’exemple représenté.
Les plaques 169, la plaque inférieure 163 et la plaque supérieure 165 délimitent à l’opposé de la partie arquée 169 une ouverture de sortie 173, dans laquelle est emboîté le cône de sortie 151. La seconde sortie 41 est délimitée par l’extrémité de ce cône opposée au cadre 153. Le cône 151 est soudé étanche sur le cadre 153.
Les bords tombés inférieur et supérieur 157, 161 présentent des interruptions en vis-à-vis l’une de l’autre, le cadre 153 étant enfoncé entre les demi-coques à travers ces interruptions. L’ouverture de sortie 173 est située sensiblement au niveau des interruptions. En revanche, la partie arquée 167 est enfoncée à l’intérieur du volume délimité par les demi-coques inférieure et supérieure. Les plaques d’extrémité 169 sont plaquées contre les zones des bords tombés inférieur et supérieur jouxtant les interruptions.
La plaque intermédiaire 145, à une extrémité transversale, est soudée contre la partie arquée 167. Elle s’étend transversalement à partir de la partie arquée 167. Son extrémité transversale opposée 175 est située à distance transversalement des bords tombés 157 et 161.
Dans l’exemple représenté, on crée ainsi entre l’extrémité transversale 175 et le bord tombé 157 une lumière 177 par laquelle le passage direct de circulation communique avec le passage indirect.
L’échangeur de la chaleur 5 est placé dans le passage indirect, entre la cloison intermédiaire 145 et le fond supérieur 159. Les tubes 179 de l’échangeur de chaleur, parcourus par les gaz d’échappement, s’étendent transversalement.
Dans l’exemple de réalisation illustré sur les figures 14 et 15, l’extrémité aval 67 du guide de flux 65 s’arrête plus loin de l’ouverture 61 que dans les autres modes de réalisation. Ainsi, l’interstice 71 séparant l’extrémité aval 67 de la plaque inférieure 163 est de grande largeur.
Selon une disposition avantageuse représentée sur les figures 14 et 15, le guide flux 65 est venu de matière avec le fond 21. Il est par exemple obtenu par emboutissage du fond 21. Il fait saillie à l’intérieur du corps 29 à travers le premier orifice 39.
Comme illustré sur la figure 14, dans la position d’échange de chaleur du volet 31, les gaz d’échappement pénètrent dans le corps 29 par le premier orifice 39. Ils sont canalisés par le guide flux 65 jusqu’à l’interstice 71. Une partie des gaz d’échappement traverse le guide flux par les trous 83.
Les gaz d’échappement circulent alors transversalement à partir de l’interstice 71, jusqu’à l’ouverture 177. Ils pénètrent dans le passage indirect à travers l’ouverture 177. Ils circulent alors transversalement à travers l’échangeur de chaleur 5, et passent à travers l’ouverture intermédiaire 171. Ils circulent ensuite dans le cône de sortie 151 jusqu’au second orifice 41.
Quand le volet 31 est en position de court-circuit, les gaz d’échappement pénètrent dans le volume interne du corps 29 par le premier orifice 39, et sont canalisés par le guide flux 65 jusqu’à l’ouverture 61. Après avoir traversé l’ouverture 61, ils parcourent le cône de sortie 151 et sortent du corps 29 par le second orifice 41.
Ce cinquième mode de réalisation présente de multiples avantages.
Du fait de l’orientation de l’axe de rotation du volet, l’actionneur entraînant le volet en rotation par rapport au corps 29 peut être disposé sur le côté du corps 29, et non pas axialement dans le prolongement du corps 29 comme dans le premier mode de réalisation. La tige 37 d’entraînement du volet 31 peut sortir soit d’un côté du corps 39 soit du côté opposé.
Du fait que le guide flux 65 est intégré dans le fond 21, le dispositif comporte une pièce de moins que dans le quatrième mode de réalisation.
L’axe du cône de sortie 151 est orientable selon le besoin, ce qui n’est pas possible dans le quatrième mode de réalisation.
Le cadre 153, supportant les paliers de rotation du volet 31, est une structure rigide, indépendante des demi-coques inférieure et supérieure.
L’angle de rotation permettant de faire passer le volet 31 de sa position d’échange de chaleur à sa position de court-circuit est faible.
Le couple de manœuvre est réduit, du fait que la largeur radiale du volet est réduite au profit de sa largeur axiale. Ainsi, le bras de levier de l’effort des gaz est réduit, et donc le couple de manœuvre et de maintien est réduit lui aussi.
Le cadre 153 est assemblé au cône de sortie 151 par une soudure périphérique, permettant d’éviter toutes fuites entre ces deux pièces.
Dans le cinquième mode de réalisation, le corps 29 présente un encombrement réduit par rapport au quatrième mode de réalisation, au moins suivant la direction axiale.
Plusieurs variantes du cinquième mode de réalisation vont maintenant être décrites, en référence aux figures 16 et 17.
Seuls les points par lesquels chaque variante diffère du mode de réalisation des figures 14 et 15 seront détaillés ci-dessous. Les éléments identiques ou assurant les mêmes fonctions seront désignés par les mêmes références.
Ces variantes peuvent être mises en œuvre indépendamment les unes des autres , ou en combinaison.
Le guide flux 65 est plus long que dans l’exemple de réalisation des figures 14 et
15. II s’étend pratiquement jusqu’à la plaque inférieure 163, de telle sorte que l’interstice 71 est de largeur réduite.
Par ailleurs, le guide flux 65 n’est pas venu de matière avec le fond 21. II est rapporté soit sur le fond 21 soit sur la demi-coupelle inférieure 147.
L’échangeur de chaleur 5 est disposé dans une position inclinée, comme visible sur les figures. Ainsi, les tubes 179 ne sont pas d’orientation transversale mais forment un angle avec la direction transversale, compris typiquement 10° et 30?
L’extrémité amont de chaque tube 179 est, suivant l’axe central X, relativement plus proche de la sortie 20 que l’extrémité aval du tube.
La position inclinée permet de réduire le volume du corps, et la surface d’échange en amont de l’échangeur. Elle permet donc de minimiser les pertes thermiques et l’inertie thermique, et de minimiser les variations de section du canal entre l’interstice et l’entrée de l’échangeur.
L’enveloppe externe de l’échangeur de chaleur 5 définit la cloison intermédiaire 175, et une partie du fond supérieur 159. En conséquence, la nappe 137 est supprimée.
A l’extrémité transversale du corps 29 opposée au cône 151, le bord tombé inférieur 157 et le bord tombé supérieur 161 sont remplacés par un couvercle arrière 181. Ce couvercle arrière 181 est soudé étanche sur la demi-coque inférieure 147 et sur l’enveloppe externe de l’échangeur de chaleur 5. La présence du couvercle permet de faciliter l’emboutissage des deux demi-coques 147 et 149.
Le couvercle arrière 181 a une forme adaptée pour optimiser la performance de l’échangeur de chaleur 5, en optimisant la distribution des gaz d’échappement dans les tubes 179 de l’échangeur de chaleur. La distribution est optimisée selon deux directions, à savoir parallèlement à l’axe central X, et parallèlement à l’axe de rotation du volet. Une telle optimisation est possible du fait de l’inclinaison de l’échangeur de chaleur.
Avantageusement, l’échangeur de chaleur 5 comporte un nombre réduit de tubes. Ces tubes sont plus larges dans le sens de la plus grande dimension transversale de la section de l’échangeur. Dans l’exemple représenté, l’échangeur 5 comporte quatre tubes 179, superposés les uns aux autres, chaque tube 179 s’étendant sur toute la largeur de l’échangeur de chaleur 179, cette largeur étant prise parallèlement à l’axe de rotation du volet.

Claims (15)

  1. REVENDICATIONS
    1. - Dispositif de traitement des gaz d’échappement d’un véhicule, le dispositif (1) comprenant :
    - au moins un organe (3, 85) de purification des gaz d’échappement, le ou chaque organe de purification (3, 85) comportant une enveloppe externe (9, 89), un substrat (11, 87) de purification des gaz d’échappement logé dans l’enveloppe externe (9, 89) et présentant un axe central (X, Xj, la ou au moins une des enveloppes externes (9, 89) présentant une sortie (20) d’organe de purification pour les gaz d’échappement ;
    - un échangeur de chaleur (5) comportant un côté de circulation des gaz d’échappement pourvu d’une entrée (25) d’échangeur pour les gaz d’échappement et d’une sortie (27) d’échangeur pour les gaz d’échappement, l’échangeur de chaleur (5) étant situé axialement au-delà d’une extrémité axiale du substrat (11, 87) du ou de chaque organe de purification (3, 85) ;
    - un corps (29) délimitant un volume interne ;
    - une vanne (7) comportant un volet (31) disposé dans le volume interne du corps (29) et mobile par rapport au corps (29);
    caractérisé en ce que
    - l’entrée d’échangeur (25) et la sortie d’échangeur (27) débouchent dans le volume interne ;
    - au moins 45% d’un volume du corps (29), de préférence au moins 55%, est dans un espace fictif (E) situé dans le prolongement axial du ou des substrats de purification (11, 87), l’espace fictif (E) comprenant, pour le ou chaque organe de purification (3, 85), un cylindre coaxial à l’axe central (X, Xj du substrat de purification (11, 87) dudit organe de purification (3, 85) et de section droite perpendiculairement audit axe central (X, Xj identique à une projection orthogonale du substrat de purification (11, 87) dudit organe de purification (3, 85) dans un plan perpendiculaire audit l’axe central (X, X j ;
    - le corps (29) comporte au moins un premier orifice (39) communiquant fluidiquement avec la sortie d’organe de purification (20), et un deuxième orifice (41) définissant une sortie pour les gaz d’échappement.
  2. 2. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier orifice (39) et l’entrée d’échangeur (25) s’étendent dans des plans respectifs formant entre eux un angle compris entre 30° et 120°.
  3. 3. - Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le volet (31) est déplaçable au moins entre une position de court-circuit dans laquelle le volet (31) dégage un passage direct pour les gaz d’échappement depuis le premier orifice (39) jusqu’au deuxième orifice (41) sans passer par l’échangeur de chaleur (5), et une position d’échange de chaleur dans laquelle le volet (31) obture une ouverture (61) et coupe le passage direct, le dispositif (1) comprenant un guide flux (65) délimitant un canal de circulation pour les gaz d’échappement depuis le premier orifice (39) vers l’ouverture (61), de préférence jusqu’à l’ouverture (61).
  4. 4. - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le premier orifice (39) et l’ouverture (61) s’étendent dans des plans respectifs formant entre eux un angle compris entre 30° et 120°.
  5. 5. - Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que l’ouverture (61) est délimitée par un bord périphérique, le guide flux (65) présentant une extrémité aval (67) délimitant une ouverture aval (69) par laquelle les gaz d’échappement sortent du canal de circulation, l’extrémité aval (67) étant séparée du bord périphérique de l’ouverture (61) par un interstice (71).
  6. 6. - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l’extrémité aval (67), considérée en projection dans un plan contenant l’ouverture (61), s’inscrit à l’intérieur de l’ouverture (61), la projection étant selon une direction parallèle au plan dans lequel s’inscrit le premier orifice (39) et contenue dans un plan perpendiculaire à la fois au premier orifice (39) et à l’ouverture (61).
  7. 7. - Dispositif selon l’une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le guide flux (65) présente une section de passage décroissante du premier orifice (39) vers l’ouverture (61).
  8. 8. - Dispositif selon l’une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que le dispositif présente un passage indirect pour les gaz d’échappement depuis le premier orifice (39) jusqu’au deuxième orifice (41), passant par l’échangeur de chaleur (5), le passage direct et le passage indirect étant superposés selon le ou un des axes centraux (X).
  9. 9. - Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les premier et deuxième orifices (39, 41) s’étendent dans des plans respectifs formant entre eux un angle compris entre 30° et 120°.
  10. 10. - Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’au moins 30% d’un volume de l’échangeur de chaleur (5), de préférence au moins 45%, est dans l’espace fictif (E).
  11. 11. - Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’échangeur de chaleur (5) est logé dans le volume interne du corps (29).
  12. 12. - Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l’échangeur de chaleur (5) est disposé à l’extérieur du corps (29), le corps (29) ayant
    25 des troisième et quatrième orifices (43, 45) communiquant fluidiquement avec l’entrée d’échangeur (25) et avec la sortie d’échangeur (27).
  13. 13. - Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le volet (31) est mobile par rapport au corps (29) autour d’un axe de rotation sensiblement perpendiculaire au ou à chaque axe central (X).
  14. 14. - Ligne d’échappement de véhicule, la ligne d’échappement comprenant :
    - une ligne principale (93) sur laquelle est intercalé un dispositif de traitement (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes ;
    - une ligne (95) de recyclage des gaz d’échappement vers une admission d’air (97) du moteur (99) ;
    - le côté de circulation des gaz d’échappement de l’échangeur (5) comprenant une sortie supplémentaire (92) communiquant fluidiquement avec la ligne de recyclage (95).
  15. 15. - Procédé de fabrication d’un dispositif de traitement selon l’une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes suivantes :
    - réaliser par calcul une cartographie de pression statique et/ou de vitesse des gaz d’échappement à l’intérieur du corps (29) ;
    - en utilisant la cartographie, déterminer en différents points répartis sur des parois du guide flux (65) une différence entre une pression statique côté intérieur du guide flux (65) et une pression statique côté extérieur du guide flux (65) et/ou une vitesse tangentielle des gaz d’échappement côté intérieur du guide flux (65) ;
    - déterminer un intervalle de variation de la différence de pression audits points et/ou un intervalle de variation de la vitesse tangentielle auxdits points;
    - réaliser des trous (83) dans les parois du guide flux (65) dans des zones où la différence de pression est dans une moitié inférieure de l’intervalle de variation de la différence de pression et/ou la vitesse tangentielle est dans une moitié supérieure de l’intervalle de variation de la vitesse tangentielle.
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