FR3124220A1 - Ligne d’echappement equipee d’une chambre de stockage de gaz d’echappement - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne une ligne d’échappement (1) de moteur à combustion interne comprenant une ligne principale (2) dans laquelle est disposé un organe de dépollution (3), caractérisée en ce qu’elle comprend une ligne secondaire (4) s’étendant en parallèle de la ligne principale (2), entre une première jonction (4a) de cette ligne secondaire (4) à la ligne principale (2) située en amont de l’organe de dépollution (3) et une seconde jonction (4b) de cette ligne secondaire (4) à la ligne principale (2) située en aval de l’organe de dépollution (3), une chambre (5) de stockage des gaz d’échappement comprenant une entrée (5a) et une sortie (5b) de gaz reliées à la ligne secondaire (4) et une enveloppe extérieure (5c) avec une isolation thermique, une vanne (6a) de contrôle de l’ouverture de l’entrée (5a) et une vanne (6b) de contrôle de l’ouverture de la sortie (5b). Figure 1

Description

LIGNE D’ECHAPPEMENT EQUIPEE D’UNE CHAMBRE DE STOCKAGE DE GAZ D’ECHAPPEMENT
La présente invention concerne les dispositifs d’échappement de moteur à combustion interne. Plus particulièrement, l’invention a pour objet une ligne d’échappement équipée d’une chambre de stockage de gaz d’échappement.
Du fait des exigences accrues des normes de dépollution, le contrôle des organes formant la ligne d’échappement est devenu une composante essentielle des stratégies de commande des groupes motopropulseurs de véhicule automobile. Parmi ces organes, les catalyseurs constituent la base des fonctions dépolluantes.
Le domaine concerné par la présente invention est le domaine du contrôle des émissions polluantes et plus précisément le contrôle des émissions des moteurs thermiques à essence ou à mélange contenant de l'essence, ou Diesel ou fonctionnant au gazole, les éléments de dépollution présents dans la ligne d'échappement pouvant ne pas être les mêmes et être spécifiquement adaptés à la motorisation.
Ainsi, le système de dépollution varie selon la motorisation mais dans tous les cas les catalyseurs sont la base de ces systèmes. Pour les moteurs essence, la dépollution est réalisée par un catalyseur, dit trois voies et un filtre en particules. Pour les véhicules diesel, la dépollution est réalisée par une série de catalyseurs, un exemple est un catalyseur d’oxydation, suivi par un catalyseur de réduction sélective et par un filtre à particules.
Ces catalyseurs nécessitent d’être à une certaine température pour être efficaces (environ 800°C) et dépolluer correctement les gaz d’échappement selon les limites définies par les normes. Cette montée en température, est générée par la température des gaz d’échappement.
Cette température n’étant atteinte par le moteur globalement qu’après environ une à deux minutes de fonctionnement, ceci implique que pendant tout ce laps de temps, les polluants non traités correctement sont expulsées dans l’atmosphère. Le rendement est donc moins bon.
Une solution connue est d’ajouter au catalyseur un chauffage électrique, mais le principal défaut des catalyseurs électriques est leur temps de réponse pour atteindre la température d’amorçage permettant de traiter correctement les gaz d'échappement. *
Une autre solution connue du document EP2444614A1 est de chauffer les gaz d’échappement au moyen d’un échangeur de chaleur disposé dans la ligne d’échappement en amont du catalyseur. Le défaut est également un temps de réponse insuffisant.
L’invention vise à résoudre cet inconvénient en proposant selon l’invention une ligne d’échappement de moteur à combustion interne comprenant une ligne principale dans laquelle est disposé un organe de dépollution, remarquable en ce qu’elle comprend :
-une ligne secondaire s’étendant en parallèle de la ligne principale, entre une première jonction de cette ligne secondaire à la ligne principale située en amont de l’organe de dépollution et une seconde jonction de cette ligne secondaire à la ligne principale située en aval de l’organe de dépollution,
-une chambre de stockage des gaz d’échappement comprenant une entrée et une sortie de gaz reliées à la ligne secondaire et une enveloppe extérieure avec une isolation thermique,
-une vanne de contrôle de l’ouverture de l’entrée de gaz et une vanne de contrôle de l’ouverture de la sortie de gaz.
L’effet technique est de permettre d’accumuler dans un volume de la chaleur contenus dans les gaz d’échappement et de libérer cette chaleur accumulée vers la ligne principale et l’organe de dépollution à chauffer.
Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaisons :
Selon une réalisation, la chambre de stockage des gaz d’échappement comprend un matériau réfractaire.
Selon une réalisation, la chambre de stockage des gaz d’échappement comprend une couche interne de matériau réfractaire accolée à l’enveloppe extérieure.
Selon une réalisation, la chambre de stockage des gaz d’échappement comprend au moins un élément en matériau réfractaire entre lequel les gaz d’échappement peuvent circuler.
Selon une réalisation, l’organe de dépollution est un organe de dépollution catalytique.
Selon une réalisation, la ligne d’échappement comprend une turbine de turbocompresseur placée dans un corps de turbine relié à la ligne principale, la première jonction de la ligne secondaire s’effectuant dans le corps de la turbine.
Selon une réalisation, la ligne d’échappement comprend un module de chauffe électrique disposé sur la ligne principale, en amont de l’organe de dépollution, la première jonction de la ligne secondaire s’effectuant dans ce module de chauffe électrique.
Selon une réalisation, la ligne d’échappement comprend un brûleur relié à la ligne secondaire, en amont de la vanne de contrôle de l’ouverture de l’entrée de gaz dans la chambre de stockage des gaz d’échappement.
L’invention a aussi pour objet un ensemble caractérisé en ce qu’il comprend un moteur à combustion interne relié à une ligne d’échappement selon l’une quelconque des revendications précédentes et un module de commande configuré pour :
-fermer avant un arrêt du moteur les vannes de contrôle de l’ouverture de l’entrée et de la sortie de la chambre de stockage,
-ouvrir ces vannes suite à un redémarrage du moteur pour libérer les gaz stockés dans la chambre de stockage à la fermeture des vannes.
L’invention a aussi pour objet un véhicule automobile comprenant un tel ensemble ou comprenant une ligne d’échappement selon l’une quelconque variantes précédemment décrites.
D’autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d’un mode particulier de réalisation, non limitatif de l’invention, faite en référence aux figures dans lesquelles :
: cette figure représente un mode de réalisation de l’invention.
: cette figure représente schématiquement un premier mode de réalisation de chambre de stockage de gaz d’échappement.
: cette figure représente schématiquement un second mode de réalisation de chambre de stockage de gaz d’échappement.
La présente schématiquement un moteur à combustion interne comprenant notamment un bloc moteur 10 et un carter d’huile 11.
Ce moteur à combustion interne est relié à une ligne d’échappement 1 pour l’évacuation des gaz d’échappement. Un tel moteur à combustion interne peut équiper un véhicule automobile.
La ligne d’échappement 1 comprend une ligne principale 2 dans laquelle est disposée un organe de dépollution 3. Cet organe de dépollution 3 peut être un organe de dépollution catalytique.
Afin de favoriser la montée en température de cet organe de dépollution 3, en particulier suite à un arrêt du moteur, il est prévu de créer un volume d’accumulation de chaleur, la quantité de chaleur accumulée pouvant subvenir au besoin de chauffe du catalyseur lors d’un redémarrage après un arrêt court. On entend ici un arrêt court du moteur un arrêt du moteur inférieur à 45 minutes.
A cet effet, à la ligne principale 1 de la ligne d’échappement est ajoutée une ligne secondaire 4. Cette ligne secondaire 4 s’étend en parallèle de la conduite principale 2, entre une première jonction 4a de cette ligne secondaire 4 à la ligne principale 2 située en amont de l’organe de dépollution 3 et une seconde jonction 4b de cette ligne secondaire 4 à la ligne principale 2 située en aval de l’organe de dépollution 3. L’amont et l’aval sont définis ici relativement au sens de circulation des gaz d’échappement dans la ligne principale 1 de la ligne d’échappement.
Sur cette ligne secondaire 4 est disposée une chambre 5 de stockage des gaz d’échappement. Cette chambre 5 de stockage des gaz d’échappement comprend une entrée 5a de gaz et une sortie 5b de gaz reliées à la ligne secondaire 4. Cette chambre 5 de stockage des gaz d’échappement comprend une enveloppe extérieure 5c avec une isolation thermique, afin de conserver la chaleur accumulée.
Sur cette ligne secondaire 4 est disposée une vanne 6a de contrôle de l’ouverture de l’entrée 5a de gaz et une vanne 6b de contrôle de l’ouverture de la sortie 5b de gaz.
Les vannes 6a et 6b sont contrôlés par un module de commande, non représenté.
La présente un premier exemple de réalisation dans lequel il est prévue de placer à l’intérieur de l’enveloppe extérieure 5c de la chambre 5 de stockage des gaz d’échappement un matériau réfractaire. Ce matériau réfractaire permet l’accumulation de calories tout en résistant aux températures élevées des gaz d’échappement. Le matériau réfractaire peut par exemple être à base de de silice ou d'alumine.
De plus, dans cet exemple, le matériau réfractaire tapisse l’intérieur de l’enveloppe extérieure 5c de la chambre 5 de stockage des gaz d’échappement, pour former une couche interne 5d de matériau réfractaire accolée à l’enveloppe extérieure 5c. Au passage des gaz dans la chambre 5, le matériau réfractaire accumule les calories des gaz d’échappement.
La présente un autre exemple de réalisation de la chambre 5 de stockage des gaz. Dans cet exemple, il est prévu que la chambre 5 de stockage des gaz d’échappement comprenne au moins un élément 5e en matériau réfractaire entre lequel les gaz d’échappement peuvent circuler. Au passage du gaz, l’élément 5e en matériau réfractaire accumule des calories. La chambre 5 de stockage des gaz peut également comprendre la couche interne 5d de matériau réfractaire décrite en . Si plusieurs éléments 5e en matériau réfractaire sont placés dans la chambre de stockage, on obtient un réseau d’éléments réfractaires qui accumulera les calories apportées par les gaz d’échappement. Dans cet exemple, la surface de contact entre les gaz et les éléments 5e en matériau réfractaire est augmentée par rapport à l’exemple de la
En revenant à la , le moteur à combustion interne comprend un turbocompresseur, dont la turbine 7 est disposée dans la ligne principale 2. Dans ce mode de réalisation, la jonction 4a est prévue au niveau du corps de turbine 7. En fonctionnement, la rotation de la turbine permet l’aspiration et le brassage de gaz issus du moteur avec ceux issus de la chambre 5 de stockage.
La ligne d’échappement peut comprendre encore un module 8 de chauffage électrique, disposé en amont de l’organe de dépollution 3. Ce module 8 de chauffe est destiné à préchauffer électriquement les gaz d’échappement entrant dans l’organe de dépollution 3. Dans une variante, non représentée, la première jonction 4a de la ligne secondaire 4 à la ligne principale 2 pourrait être prévue dans le module 8 de chauffe à la place de la turbine.
La ligne d’échappement 1 peut encore comprendre un brûleur 9, présenté en pointillés sur la . Ce bruleur 9 est relié à la ligne secondaire 4 en amont de la vanne 6a d’entrée des gaz d’échappement dans la chambre 5 de stockage. Ce brûleur permet d’injecteur du gaz chaud à la demande dans la chambre 5 de stockage.
D’un point de vue fonctionnel, après le premier démarrage lorsque les vannes 6a et 6 b sont ouvertes, les gaz traversant l’organe de dépollution 3 sont en partie récupérés en aval de l’organe de dépollution 3 pour être acheminés vers la chambre 5 de stockage.
Après un temps de chauffe requis pour obtenir des gaz d’échappement à la température nécessaire, les vannes 6a et 6b qui étaient jusqu’alors ouvertes reçoivent une consigne de fermeture, de préférence immédiatement avant l’arrêt du moteur, pour avoir les gaz les plus chauds possibles. Les gaz chauds sont alors gardés dans la chambre 5 de stockage avant l’arrêt du moteur.
Au redémarrage du moteur le module de commande ouvre les vannes 6a, 6b, pour libérer les gaz stockés dans la chambre 5 de stockage avant l’arrêt du moteur.
Si le véhicule est arrêté et redémarré entre 10 et 45 min après l’arrêt, les gaz encore chauds peuvent ainsi être utilisés pour aider la chauffe de l’organe de dépollution 3, en ouvrant les vannes 6a et 6b. De plus les gaz pas encore suffisamment chauds entrant dans la chambre de stockage, monteront en température au contact de la chaleur accumulée par le matériau réfractaire.
L’invention permet de réduire le temps de chauffage de l’organe de dépollution et d’attente pour le client final.

Claims (10)

  1. Ligne d’échappement (1) de moteur à combustion interne comprenant une ligne principale (2) dans laquelle est disposé un organe de dépollution (3), caractérisée en ce qu’elle comprend :
    -une ligne secondaire (4) s’étendant en parallèle de la ligne principale (2), entre une première jonction (4a) de cette ligne secondaire (4) à la ligne principale (2) située en amont de l’organe de dépollution (3) et une seconde jonction (4b) de cette ligne secondaire (4) à la ligne principale (2) située en aval de l’organe de dépollution (3),
    -une chambre (5) de stockage des gaz d’échappement comprenant une entrée (5a) et une sortie (5b) de gaz reliées à la ligne secondaire (4) et une enveloppe extérieure (5c) avec une isolation thermique,
    -une vanne (6a) de contrôle de l’ouverture de l’entrée (5a) de gaz et une vanne (6b) de contrôle de l’ouverture de la sortie (5b) de gaz.
  2. Ligne d’échappement selon la revendication 1, caractérisée en ce que la chambre (5) de stockage des gaz d’échappement comprend un matériau réfractaire.
  3. Ligne d’échappement selon la revendication 2, caractérisée en ce que la chambre (5) de stockage des gaz d’échappement comprend une couche interne (5d) de matériau réfractaire accolée à l’enveloppe extérieure (5c).
  4. Ligne d’échappement selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisée en ce que la chambre (5) de stockage des gaz d’échappement comprend au moins un élément (5e) en matériau réfractaire entre lequel les gaz d’échappement peuvent circuler.
  5. Ligne d’échappement selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’organe de dépollution (3) est un organe de dépollution catalytique.
  6. Ligne d’échappement selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comprend une turbine (7) de turbocompresseur placée dans un corps de turbine relié à la ligne principale (2), la première jonction (4a) de la ligne secondaire (4) s’effectuant dans le corps de la turbine (7).
  7. Ligne d’échappement selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu’elle comprend un module (8) de chauffe électrique disposé sur la ligne principale (2), en amont de l’organe de dépollution (3), la première jonction (4a) de la ligne secondaire (4) s’effectuant dans ce module (8) de chauffe électrique.
  8. Ligne d’échappement selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comprend un brûleur (9) relié à la ligne secondaire (4), en amont de la vanne (6a) de contrôle de l’ouverture de l’entrée (5a) de gaz dans la chambre (5) de stockage des gaz d’échappement.
  9. Ensemble caractérisé en ce qu’il comprend un moteur à combustion interne relié à une ligne d’échappement selon l’une quelconque des revendications précédentes et un module de commande configuré pour :
    -fermer avant un arrêt du moteur les vannes (6a, 6b) de contrôle de l’ouverture de l’entrée et de la sortie de la chambre (5) de stockage,
    -ouvrir ces vannes (6a, 6b) suite à un redémarrage du moteur pour libérer les gaz stockés dans la chambre (5) de stockage à la fermeture des vannes (6a, 6b).
  10. Véhicule automobile caractérisé en ce qu’’il comprend une ligne d’échappement selon l’une quelconque des revendications 1 à 8 ou un ensemble selon la revendication 9.
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