FR3130882A1 - Internal combustion engine unit comprising an exhaust circuit with a nitrogen oxide concentration sensor - Google Patents

Internal combustion engine unit comprising an exhaust circuit with a nitrogen oxide concentration sensor Download PDF

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Abstract

Groupe moteur comportant  au moins un moteur à combustion interne, un circuit d’échappement comprenant un conduit débouchant sur l’extérieur et des dispositifs de dépollution des gaz d’échappement dont un dernier dispositif de dépollution (23, 23’) , et au moins un capteur de concentration d’oxydes d’azote (50), disposé en aval dudit dernier dispositif de dépollution (23, 23’), ledit capteur (50) comprenant une tête (500) au moins en partie incluse à l’intérieur d’une portion dudit conduit (205’), cette dernière contenant un dispositif déflecteur situé en amont de ladite tête du capteur, et en aval dudit dernier dispositif de dépollution, ledit dispositif déflecteur comprenant un volet (51) et des moyens d’actionnement motorisés (513) entraînant ledit volet en une position inclinée d’ouverture partielle afin d’accélérer la vitesse des gaz d’échappement arrivant sur la tête dudit capteur. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 3Engine unit comprising at least one internal combustion engine, an exhaust circuit comprising a duct opening onto the outside and exhaust gas pollution control devices including a last pollution control device (23, 23 '), and at least a nitrogen oxide concentration sensor (50), arranged downstream of said last depollution device (23, 23'), said sensor (50) comprising a head (500) at least partly included inside 'a portion of said duct (205'), the latter containing a deflector device located upstream of said sensor head, and downstream of said last depollution device, said deflector device comprising a flap (51) and motorized actuating means (513) driving said flap into an inclined position of partial opening in order to accelerate the speed of the exhaust gases arriving at the head of said sensor. Figure to be published with abstract: Fig. 3

Description

Groupe moteur à combustion interne comportant un circuit d’échappement avec un capteur de concentration d’oxydes d’azoteInternal combustion engine unit comprising an exhaust circuit with a nitrogen oxide concentration sensor

L’invention concerne le domaine des circuits d’échappement d’un groupe moteur comprenant un moteur à combustion interne et un circuit d’échappement comprenant un capteur de concentration d’oxydes d’azote. Le moteur à combustion interne peut être du type à allumage commandé (essence) ou à allumage par compression (diesel).The invention relates to the field of exhaust circuits of an engine unit comprising an internal combustion engine and an exhaust circuit comprising a nitrogen oxide concentration sensor. The internal combustion engine can be of the spark ignition (gasoline) or compression ignition (diesel) type.

Un exemple, non limitatif, d’un groupe moteur connu pour un véhicule automobile est illustré schématiquement par la figure . Ce groupe moteur comprend un moteur à combustion interne, un circuit d’admission d’air et un circuit d’échappement ainsi qu’un circuit de recirculation partielle à basse pression des gaz d’échappement à l’admission du moteur, ledit moteur étant un moteur à essence pour lequel l’objet de l’invention trouve une application particulièrement avantageuse, bien que non limitativement.A non-limiting example of a known motor unit for a motor vehicle is illustrated schematically by FIG. . This engine unit comprises an internal combustion engine, an air intake circuit and an exhaust circuit as well as a low pressure partial recirculation circuit for the exhaust gases at the engine intake, said engine being a gasoline engine for which the object of the invention finds a particularly advantageous application, although not limitingly.

Tel qu’illustré, le moteur à essence est un moteur à combustion 10 comportant quatre cylindres en ligne. Ledit moteur est associé à un circuit d’admission d’air 1 comprenant un filtre à air 11, un débitmètre 110, le compresseur d’un turbocompresseur, un refroidisseur des gaz suralimentés 13, une vanne d’admission des gaz d’admission (boîtier papillon 12), un collecteur d’admission (répartiteur 14).As shown, the gasoline engine is a 10 combustion engine with four cylinders in line. Said engine is associated with an air intake circuit 1 comprising an air filter 11, a flow meter 110, the compressor of a turbocharger, a supercharged gas cooler 13, an intake gas inlet valve ( throttle body 12), an intake manifold (distributor 14).

Le moteur est aussi associé à un circuit d’échappement 2 qui comprend un collecteur d’échappement 20, la turbine du turbocompresseur, et une pluralité de dispositifs de dépollution des gaz d’échappement. Selon cet exemple d’un moteur à essence, lesdits dispositifs de dépollution comprennent deux catalyseurs chauffés électriquement combinés 21, par exemple du type catalyseur trois voies, puis un filtre à particules 22, et enfin un autre catalyseur trois voies 23, généralement monté sous caisse (sous plancher). Selon l’exemple, le circuit comporte trois sondes à oxygène, ou sondes « O2» 200, 201, 202 pour mesurer la concentration en oxygène dans les gaz d’échappement.The engine is also associated with an exhaust circuit 2 which comprises an exhaust manifold 20, the turbine of the turbocharger, and a plurality of exhaust gas pollution control devices. According to this example of a gasoline engine, said depollution devices comprise two combined electrically heated catalysts 21, for example of the three-way catalyst type, then a particulate filter 22, and finally another three-way catalyst 23, generally mounted under the body. (under floor). According to the example, the circuit comprises three oxygen sensors, or “O 2 ” sensors 200, 201, 202 to measure the oxygen concentration in the exhaust gases.

Ce circuit d’échappement comprend aussi sur cet exemple un circuit de recirculation partielle des gaz d’échappement 2b à l’admission du moteur, plus précisément un circuit de recirculation à basse pression. Toutefois il n’est pas spécifiquement nécessaire à l’objet de l’invention.This exhaust circuit also includes in this example a partial exhaust gas recirculation circuit 2b at the engine inlet, more specifically a low pressure recirculation circuit. However, it is not specifically necessary for the subject of the invention.

Le groupe moteur comporte une pluralité de capteurs de température et de capteurs de pression non représentés sur la figure .The motor unit comprises a plurality of temperature sensors and pressure sensors not shown in the figure .

Pour limiter les quantités de polluants émis par les véhicules, par exemple en respect des normes « Euro » qui fixent les limites des émissions de l’Union Européenne, et en particulier la norme « Euro 7 » à venir, il est nécessaire de disposer d’un capteur de concentration d’oxydes d’azote dans le circuit d’échappement des gaz, situé après tous les éléments de dépollution, qui sera utile au système de contrôle embarqué du véhicule ,dit « OBM » ( acronyme anglais de « On Board Monitoring »), et ce quel que soit le type de motorisation.
Ledit capteur de concentration d’oxydes d’azote est aussi couramment appelé « capteur NOx » ou « sonde NOx » .To limit the quantities of pollutants emitted by vehicles, for example in compliance with the "Euro" standards which set the limits of emissions for the European Union, and in particular the forthcoming "Euro 7" standard, it is necessary to have a nitrogen oxide concentration sensor in the gas exhaust circuit, located after all the pollution control elements, which will be useful to the vehicle's on-board control system, called "OBM" (English acronym for "On Board Monitoring”), regardless of the type of engine.
Said nitrogen oxide concentration sensor is also commonly called “NOx sensor” or “NOx probe”.

Ce capteur NOx va servir notamment à gérer la régulation de la richesse (rapport carburant- air) dans la chambre de combustion du moteur. Dans le cas de l’essence, cette richesse ne peut osciller que sur une plage très étroite autour de 1, le dosage air (oxygène)-carburant devant rester proche de la stœchiométrie.This NOx sensor will be used in particular to manage the regulation of the richness (fuel-air ratio) in the combustion chamber of the engine. In the case of gasoline, this richness can only oscillate over a very narrow range around 1, the air (oxygen)-fuel dosage having to remain close to stoichiometry.

Un problème est la difficulté d’avoir des vitesses de gaz suffisantes sur le capteur NOx, pour avoir un temps de réponse satisfaisant, du fait des très faibles débits des gaz sur les points à bas régime et/ou à faible charge, typiquement sur ralenti. Ce problème se pose plus particulièrement dans le cas d’un moteur à essence dans lequel on régule le couple moteur en ajustant le débit d’air, ce qui n’est généralement pas le cas en diesel sauf dans des cas très spécifiques comme la régénération d’un filtre à particules.One problem is the difficulty of having sufficient gas velocities on the NOx sensor, to have a satisfactory response time, due to the very low gas flow rates at low speed and/or low load points, typically at idle. . This problem arises more particularly in the case of a gasoline engine in which the engine torque is regulated by adjusting the air flow, which is generally not the case in diesel except in very specific cases such as regeneration a particulate filter.

L’invention vise ainsi à résoudre cet inconvénient.The invention thus aims to solve this drawback.

A cet effet, l’invention propose un groupe moteur comportant :
- au moins un moteur à combustion interne,
- un circuit d’échappement comprenant un conduit apte à guider d’amont en aval les gaz d’échappement émis par ledit moteur vers l’orifice de sortie du conduit débouchant sur l’extérieur, et comprenant des dispositifs de dépollution des gaz d’échappement dont un dernier dispositif de dépollution (avant l’orifice de sortie dudit conduit) , et au moins un capteur de concentration d’oxydes d’azote (capteur NOx), disposé en aval dudit dernier dispositif de dépollution (et en amont de ladite de sortie dudit conduit), ledit capteur comprenant une tête au moins en partie incluse à l’intérieur d’une portion dudit conduit, ladite tête s’étendant partiellement à l’intérieur de ladite portion de conduit.
Selon l’invention, ladite portion de conduit contient un dispositif déflecteur situé en amont de ladite tête du capteur, et en aval dudit dernier dispositif de dépollution. Ledit dispositif déflecteur comprend un volet globalement plan, disposé à l’intérieur de ladite portion de conduit, comportant deux faces opposées composant une face distale et une face proximale à ladite tête du capteur, et ledit volet étant inclinable par rapport à la direction longitudinale de ladite portion de conduit, ledit volet occupant au moins une position d’ouverture totale orientée suivant la direction longitudinale de ladite portion de conduit et une position inclinée d’ouverture partielle, ledit dispositif déflecteur comportant des moyens d’actionnement motorisés entraînant ledit volet en ladite position inclinée d’ouverture partielle afin d’accélérer la vitesse des gaz d’échappement arrivant sur la tête du capteur NOx, notamment lorsque lesdits gaz d’échappement circulent à bas débit dans ladite portion de conduit.To this end, the invention proposes a motor unit comprising:
- at least one internal combustion engine,
- an exhaust circuit comprising a duct capable of guiding the exhaust gases emitted by said engine from upstream to downstream towards the outlet orifice of the duct opening out onto the outside, and comprising exhaust gas pollution control devices exhaust including a last pollution control device (before the outlet orifice of said duct), and at least one nitrogen oxide concentration sensor (NOx sensor), disposed downstream of said last pollution control device (and upstream of said outlet of said duct), said sensor comprising a head at least partially included inside a portion of said duct, said head extending partially inside said duct portion.
According to the invention, said portion of duct contains a deflector device located upstream of said head of the sensor, and downstream of said last depollution device. Said deflector device comprises a generally planar flap, disposed inside said portion of duct, comprising two opposite faces forming a distal face and a face proximal to said head of the sensor, and said flap being tiltable with respect to the longitudinal direction of said portion of duct, said flap occupying at least one fully open position oriented in the longitudinal direction of said portion of duct and an inclined position of partial opening, said deflector device comprising motorized actuating means driving said flap in said inclined position of partial opening in order to accelerate the speed of the exhaust gases arriving at the head of the NOx sensor, in particular when said exhaust gases circulate at low flow rate in said portion of duct.

Plus particulièrement, ladite tête du capteur s’étend partiellement à l’intérieur de ladite portion de conduit et tel que sa direction longitudinale (principale) soit sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale de ladite portion de conduit.More particularly, said sensor head extends partially inside said duct portion and such that its (main) longitudinal direction is substantially perpendicular to the longitudinal direction of said duct portion.

Plus particulièrement, lesdits moyens d’actionnement motorisés comprennent un axe de pivotement solidarisé transversalement au volet, de direction sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale (principale) de la tête du capteur et sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale de ladite portion de conduit, cet axe de pivotement permettant d’incliner ledit volet dans ladite portion de conduite.More particularly, said motorized actuating means comprise a pivot axis secured transversely to the flap, in a direction substantially perpendicular to the (main) longitudinal direction of the head of the sensor and substantially perpendicular to the longitudinal direction of said portion of duct, this axis pivot allowing said flap to be tilted in said pipe portion.

De préférence selon l’invention, le volet est disposé à une distance de la tête du capteur NOx qui est inférieure au diamètre interne de ladite portion de conduit.Preferably according to the invention, the flap is arranged at a distance from the head of the NOx sensor which is less than the internal diameter of said portion of duct.

De préférence, ladite position inclinée d’ouverture partielle du volet correspond à un angle d’ouverture du volet compris entre 15 et 25 degrés, et plus particulièrement entre 18 et 22 degrés, la position d’ouverture totale du volet correspondant à un angle d’ouverture de 90 degrés.Preferably, said inclined position of partial opening of the flap corresponds to an opening angle of the flap of between 15 and 25 degrees, and more particularly between 18 and 22 degrees, the total opening position of the flap corresponding to an angle of 90 degree opening.

De préférence, la face distale, opposée à la face proximale à la tête du capteur, est sensiblement convexe, autrement dit sa convexité est tournée vers le côté duquel le flux de gaz arrive sur le volet, de sorte que les gaz sont déviés de part et d’autre dudit volet dans la portion de conduit et accélérés lorsqu’ils arrivent au niveau de la tête du capteur.Preferably, the distal face, opposite to the face proximal to the head of the sensor, is substantially convex, in other words its convexity is turned towards the side from which the flow of gas arrives on the flap, so that the gases are deflected on either side. and on the other side of said flap in the duct portion and accelerated when they arrive at the level of the head of the sensor.

Avantageusement ladite position inclinée d’ouverture partielle du volet est optimisée suivant une combinaison du rapport de ladite distance entre le volet en position de fermeture totale et la tête du capteur sur le diamètre interne de ladite portion de conduit , et l’angle d’ouverture partielle dudit volet, afin d’obtenir un temps de réponse rapide de la mesure du capteur NOx, conforme à la réalité de la composition des gaz, pour de faibles débits de gaz d’échappement, notamment pour des régimes moteur au ralenti. Plus particulièrement la combinaison est établie de sorte que la vitesse desdits gaz arrivant sur ladite tête du capteur puisse atteindre une valeur supérieure à un seuil, notamment au moins environ 5 m/s, de préférence au moins environ 7 m/s.Advantageously, said inclined position of partial opening of the flap is optimized according to a combination of the ratio of said distance between the flap in the fully closed position and the head of the sensor on the internal diameter of said portion of duct, and the opening angle partial of said flap, in order to obtain a rapid response time for the measurement of the NOx sensor, in accordance with the reality of the composition of the gases, for low flow rates of exhaust gases, in particular for engine speeds at idle. More particularly, the combination is established so that the speed of said gases arriving at said sensor head can reach a value greater than a threshold, in particular at least approximately 5 m/s, preferably at least approximately 7 m/s.

Ladite distance entre ledit volet et ladite tête du capteur est plus particulièrement définie suivant la direction longitudinale de ladite portion de conduit, par la distance entre le centre dudit volet et l’axe longitudinal médian de la tête dudit capteur.Said distance between said flap and said sensor head is more particularly defined along the longitudinal direction of said duct portion, by the distance between the center of said flap and the median longitudinal axis of the head of said sensor.

De préférence selon l’invention, le rapport de ladite distance donnée entre le volet et la tête du capteur sur le diamètre intérieur de ladite portion de conduit (exprimés dans la même unité de mesure) est inférieur ou égal à 1 en combinaison avec un angle d’ouverture partielle qui est de l’ordre de 20 degrés (par exemple à plus ou moins 2 degrés près).Preferably according to the invention, the ratio of said given distance between the flap and the head of the sensor to the inside diameter of said portion of duct (expressed in the same unit of measurement) is less than or equal to 1 in combination with an angle partial opening which is of the order of 20 degrees (for example to within plus or minus 2 degrees).

En particulier ledit volet a une forme de disque parabolique.In particular, said flap has the shape of a parabolic disc.

Le groupe moteur comporte au moins un moteur à combustion interne, qui peut être atmosphérique ou de préférence turbocompressé (suralimenté), assisté(s) ou non par des moteurs électriques. En outre un ou plusieurs calculateurs peuvent permettre de faire fonctionner l’ensemble du groupe moteur.The engine unit comprises at least one internal combustion engine, which can be naturally aspirated or preferably turbocharged (supercharged), assisted or not by electric motors. In addition, one or more computers can make it possible to operate the entire engine group.

De préférence, ledit au moins un moteur à combustion interne est un moteur à essence.Preferably, said at least one internal combustion engine is a gasoline engine.

L’invention concerne aussi un véhicule automobile comprenant un groupe moteur tel que décrit précédemment.The invention also relates to a motor vehicle comprising an engine unit as described above.

En particulier ledit capteur de concentration d’oxydes d’azote est relié informatiquement au système de contrôle embarqué du véhicule (OBM) et les positions du volet dudit dispositif déflecteur sont commandées par des moyens de contrôle intégrés ou couplés audit système de contrôle (OBM).In particular, said nitrogen oxide concentration sensor is computer-linked to the vehicle's on-board control system (OBM) and the positions of the flap of said deflector device are controlled by control means integrated or coupled to said control system (OBM) .

Les dispositifs dépolluants pour le post-traitement des gaz d’échappement produits par le moteur, résultant de la combustion du mélange carburant / air d’admission, peuvent comprendre un convertisseur catalytique pour dépolluer les gaz d’échappement et de préférence aussi un filtre à particules pour traiter les particules fines présentes dans les gaz d’échappement, ainsi qu’un catalyseur trois voies comme dernier dispositif de dépollution avant la sortie du conduit d’échappement.The depolluting devices for post-treatment of the exhaust gases produced by the engine, resulting from the combustion of the fuel/intake air mixture, may comprise a catalytic converter for depolluting the exhaust gases and preferably also a filter particles to treat the fine particles present in the exhaust gases, as well as a three-way catalyst as the last pollution control device before exiting the exhaust duct.

D’autres particularités et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après d’un mode de réalisation particulier de l’invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés.Other features and advantages of the invention will become apparent on reading the description given below of a particular embodiment of the invention, given by way of indication but not limitation, with reference to the appended drawings.

illustre schématiquement un groupe moteur connu pour un véhicule automobile, comprenant un moteur à essence relié à une ligne d’échappement ; schematically illustrates a known engine unit for a motor vehicle, comprising a gasoline engine connected to an exhaust line;

illustre une portion de conduit de la ligne d’échappement comportant un dispositif déflecteur et un capteur NOx, conformément à l’invention, convenant à un groupe moteur tel qu’illustré à la ; illustrates a duct portion of the exhaust line comprising a deflector device and a NOx sensor, in accordance with the invention, suitable for an engine unit as illustrated in ;

illustre en gros plan le dispositif déflecteur et la tête du capteur NOx dans la portion de conduit d’échappement illustré à la ; illustrates a close-up of the baffle device and NOx sensor head in the exhaust duct portion shown in ;

illustre par une vue de profil, une représentation des gaz d’échappement arrivant sur la tête d’un capteur NOx en sortie du dernier dispositif dépolluant dans une même portion de conduit que celle représentée mais aucun dispositif déflecteur n’y est inclus, pour déterminer la vitesse des gaz arrivant sur cette tête de capteur, illustrates by a profile view, a representation of the exhaust gases arriving at the head of a NOx sensor at the outlet of the last depolluting device in the same portion of duct as that represented but no deflector device is included therein, to determine the speed of the gases arriving at this sensor head,

illustre par une vue de profil, une représentation des gaz d’échappement dans le conduit d’échappement arrivant sur la tête d’un capteur NOx , comportant un dispositif déflecteur avec son volet en position d’ouverture totale, pour déterminer la vitesse des gaz arrivant sur cette tête de capteur, pour une portion de conduit conformes aux figures 2 et 3. illustrates by a profile view, a representation of the exhaust gases in the exhaust duct arriving at the head of a NOx sensor, comprising a deflector device with its flap in the fully open position, to determine the speed of the gases arriving on this sensor head, for a portion of conduit in accordance with Figures 2 and 3.

illustre par une vue de profil, une représentation des gaz d’échappement dans le conduit d’échappement arrivant sur la tête d’un capteur NOx , comportant un dispositif déflecteur avec son volet en position d’ouverture partielle, pour déterminer la vitesse des gaz arrivant sur cette tête de capteur, pour une portion de conduit conformes aux figures 2 et 3. illustrates by a profile view, a representation of the exhaust gases in the exhaust duct arriving at the head of a NOx sensor, comprising a deflector device with its flap in the partially open position, to determine the speed of the gases arriving on this sensor head, for a portion of conduit in accordance with Figures 2 and 3.

Les notions de « amont » et de « aval » sont relatives au sens de circulation des gaz d’échappement dans la ligne d’échappement, symbolisé par la flèche G ou G’, les gaz circulant de la chambre de combustion du moteur vers la sortie de l’échappement, autrement dit vers l’extrémité ouverte du conduit de la ligne d’échappement expulsant lesdits gaz vers l’extérieur, dans l’atmosphère.The notions of "upstream" and "downstream" relate to the direction of circulation of the exhaust gases in the exhaust line, symbolized by the arrow G or G', the gases flowing from the combustion chamber of the engine towards the outlet of the exhaust, in other words towards the open end of the duct of the exhaust line expelling said gases outwards, into the atmosphere.

En comparaison avec l’exemple du groupe moteur représenté , commenté plus haut, et en référence à , le capteur NOx 50, dont la tête 500 est à l’intérieur de la portion de conduit 205’ du circuit d’échappement, va se situer en aval du dernier dispositif dépolluant 23’, en l’occurrence identique au catalyseur trois voies 23. Le capteur NOx est évidemment situé avant l’orifice de sortie du circuit d’échappement.In comparison with the example of the power unit shown , commented above, and with reference to , the NOx sensor 50, whose head 500 is inside the duct portion 205′ of the exhaust circuit, will be located downstream of the last depolluting device 23′, in this case identical to the three-way catalyst 23 The NOx sensor is obviously located before the exhaust circuit outlet port.

La tête 500 dudit capteur NOx s’étend partiellement à l’intérieur de ladite portion de conduit 205’, et sa direction longitudinale principale SS’ est sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale XX’ de ladite portion de conduit 205’. Selon l’exemple, l’axe longitudinal médian de ladite tête correspond à la direction longitudinale principale SS’ de ladite tête, comme illustré en .The head 500 of said NOx sensor extends partially inside said duct portion 205', and its main longitudinal direction SS' is substantially perpendicular to the longitudinal direction XX' of said duct portion 205'. According to the example, the median longitudinal axis of said head corresponds to the main longitudinal direction SS' of said head, as illustrated in .

Un dispositif déflecteur est installé à l’intérieur de la portion de conduit 205’, en amont et à proximité de la tête 500 du capteur NOx Il comprend un volet 51, globalement plan, qui a une forme de disque parabolique, comportant deux faces opposées 510, 520, composant une face distale convexe 510 et une face proximale 511, par rapport à ladite tête 500 dudit capteur NOx.A deflector device is installed inside the duct portion 205', upstream and close to the head 500 of the NOx sensor. 510, 520, forming a convex distal face 510 and a proximal face 511, relative to said head 500 of said NOx sensor.

Ledit volet 51 est sensiblement centré dans ladite portion de conduit 205’.Said flap 51 is substantially centered in said duct portion 205'.

Ledit volet 51 est pilotable par un actionneur motorisé comportant un axe de pivotement 513 représenté sur les figures, orienté suivant la direction transversale du volet d0-d0’, un tel actionneur étant connu en soi. La direction transversale du volet d0-d0’ est sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale principale de la tête du capteur et sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale à ladite portion de conduit. Cet actionneur permet de commander le mouvement d’inclinaison du volet 51, autour de son axe de pivotement 513 dans la portion de conduit 205, par exemple depuis sa position d’ouverture totale vers une position d’ouverture partielle, selon un angle d’ouverture donné, et inversement, en réponse à une demande par le système de contrôle embarqué du véhicule (« OBM »).Said flap 51 can be controlled by a motorized actuator comprising a pivot axis 513 shown in the figures, oriented in the transverse direction of the flap d 0 -d 0 ', such an actuator being known per se. The transverse direction of the flap d 0 -d 0 'is substantially perpendicular to the main longitudinal direction of the head of the sensor and substantially perpendicular to the longitudinal direction of said duct portion. This actuator makes it possible to control the tilting movement of the shutter 51, around its pivot axis 513 in the duct portion 205, for example from its fully open position to a partially open position, according to an angle of given opening, and vice versa, in response to a request by the vehicle's on-board control system ("OBM").

Selon l’exemple, le volet peut être prévu pour occuper deux positions. La première position est une position totalement ouverte selon laquelle le volet 51 est incliné pour un angle d’ouverture de 90 degrés, autrement dit le volet est « à l’horizontale » dans le conduit, son plan étant orienté suivant la direction longitudinale XX’ de ladite portion de conduit. La deuxième position est une position d’ouverture partielle, selon laquelle le volet est incliné pour un angle d’ouverture compris strictement entre 0 et 90 degrés (0 et 90 sont des valeurs exclues), selon l’exemple de l’ordre de 20 degrés.According to the example, the shutter can be provided to occupy two positions. The first position is a completely open position in which the flap 51 is inclined for an opening angle of 90 degrees, in other words the flap is "horizontal" in the duct, its plane being oriented in the longitudinal direction XX' of said portion of duct. The second position is a partial opening position, according to which the flap is tilted for an opening angle strictly between 0 and 90 degrees (0 and 90 are excluded values), according to the example of the order of 20 degrees.

Le volet est dans la première position (totalement ouvert) pour des régimes moteur où le débit des gaz d’échappement est suffisant pour avoir des vitesses de gaz satisfaisantes pour la précision de mesure du capteur NOx, c’est-à-dire supérieures à un seuil, par exemple d’au moins 7 m/s au niveau de la tête du capteur NOx selon le type de capteur utilisé.The flap is in the first position (fully open) for engine speeds where the flow of exhaust gases is sufficient to have satisfactory gas speeds for the measurement accuracy of the NOx sensor, that is to say greater than a threshold, for example of at least 7 m/s at the level of the head of the NOx sensor depending on the type of sensor used.

Le volet est incliné dans la deuxième position pour un régime moteur à bas débit des gaz d’échappement, typiquement au ralenti, afin d’augmenter la vitesse des gaz d’échappement arrivant sur la tête du capteur NOx afin d’atteindre des vitesses de gaz supérieures audit seuil, par exemple d’au moins 7 m/s , au niveau de la tête du capteur NOx.The flap is tilted in the second position for low exhaust gas flow engine speed, typically at idle, to increase the velocity of the exhaust gases arriving at the NOx sensor head to reach speeds of gases above said threshold, for example by at least 7 m/s, at the level of the head of the NOx sensor.

En référence à , « D » désigne le diamètre intérieur de la portion de conduit 205’ au niveau de laquelle le capteur NOx est monté, « L » désigne la distance entre le centre du volet 512 (au croisement avec l’axe de pivotement du volet 513), et l’axe longitudinal médian S-S’ de la tête 500 du capteur NOx 50. Ledit angle d’ouverture du volet 51 dans le conduit est désigné par « α », avec α=0° pour un volet qui serait totalement fermé, son plan de direction d1-d1’ étant orienté suivant la direction ZZ’ de la portion de conduit perpendiculaire à la direction longitudinale XX’ de ladite portion de conduit ( et à la direction de l’axe pivot 513), et α=90° pour un volet complètement ouvert, c’est-à-dire « à l’horizontale » dans ladite portion de conduit, son plan étant orienté suivant la direction longitudinale XX’ de ladite portion de conduit. L’angle d’ouverture « α » du volet 51 est donc défini comme l’angle entre la direction de son plan principal de direction d1-d1’ (côté face distale) et la direction ZZ’ de la portion de conduit perpendiculaire à la direction longitudinale XX’ de ladite portion de conduit et perpendiculaire à la direction de l’axe pivot 513 dudit volet.With reference to , "D" denotes the inside diameter of the portion of duct 205 'at which the NOx sensor is mounted, "L" denotes the distance between the center of the flap 512 (at the intersection with the pivot axis of the flap 513) , and the median longitudinal axis S-S' of the head 500 of the NOx sensor 50. Said angle of opening of the shutter 51 in the duct is designated by "α", with α=0° for a shutter which would be completely closed, its plane of direction d 1 -d 1 'being oriented along the direction ZZ' of the duct portion perpendicular to the longitudinal direction XX' of said duct portion (and to the direction of the pivot axis 513), and α=90 ° for a completely open flap, that is to say "horizontally" in said portion of duct, its plane being oriented along the longitudinal direction XX' of said portion of duct. The opening angle "α" of the flap 51 is therefore defined as the angle between the direction of its main plane of direction d 1 -d 1 '(distal face side) and the direction ZZ' of the perpendicular duct portion to the longitudinal direction XX' of said duct portion and perpendicular to the direction of the pivot axis 513 of said flap.

Des études aérodynamiques ont été conduites pour mesurer des vitesses de gaz au niveau de la tête du capteur NOx pour différentes valeurs d’angle d’ouverture « α » du volet 51 et pour différents rapports L/D (L et D étant exprimés dans la même unité de mesure) pour déterminer la meilleure combinaison L/D et « α » permettant d’obtenir une vitesse des gaz supérieure au seuil visé, par exemple d’au moins 7m/s, pour différents régimes moteur, notamment à bas débit en gaz (12 kg/h à une température de 230°C) , spécifiquement au ralenti où les vitesses sont faibles.Aerodynamic studies have been conducted to measure gas velocities at the head of the NOx sensor for different values of opening angle “α” of flap 51 and for different L/D ratios (L and D being expressed in the same unit of measurement) to determine the best combination L/D and "α" making it possible to obtain a gas speed above the target threshold, for example at least 7 m/s, for different engine speeds, in particular at low flow in gas (12 kg/h at a temperature of 230°C), specifically at idle where the speeds are low.

De ces études, notamment pour un régime « au ralenti », à bas débit en gaz (12kg/h sur le moteur utilisé), il ressort qu’un angle d’ouverture important, de l’ordre de 60 degrés, n’apporte pas d’amélioration à la vitesse des gaz. Pour de faibles angles d’ouverture du volet (inférieurs à 5 degrés), la vitesse des gaz est augmentée et peut atteindre le seuil visé (7m/s pour le type de capteur utilisé), comme on a constaté en montant le capteur NOx avec un rapport L/D compris entre 1,3 et 1,5 donc strictement plus grand que 1. Des études complémentaires ont toutefois montré que si le rapport L/D est plus grand que 1, des problèmes de chute de pression notamment dans la portion de conduit avec le déflecteur peuvent se poser rapidement.From these studies, in particular for an "idle" speed, at low gas flow (12 kg/h on the engine used), it appears that a large opening angle, of the order of 60 degrees, does not bring no improvement to throttle speed. For low flap opening angles (less than 5 degrees), the speed of the gases is increased and can reach the target threshold (7m/s for the type of sensor used), as was observed by mounting the NOx sensor with an L/D ratio between 1.3 and 1.5, therefore strictly greater than 1. Additional studies have however shown that if the L/D ratio is greater than 1, pressure drop problems, in particular in the portion conduit with the deflector can be installed quickly.

La meilleure combinaison est obtenue pour un rapport L/D inférieur ou égal à 1, et un angle d’ouverture sensiblement égal à 20 degrés ( distance « L » entre le volet et la tête du capteur sur le diamètre intérieur de ladite portion de conduit D (L et D étant exprimés dans la même unité de mesure). En d’autres termes on adopte un angle un peu moins fermé et on rapproche le volet du capteur.The best combination is obtained for an L/D ratio less than or equal to 1, and an opening angle substantially equal to 20 degrees (distance "L" between the shutter and the head of the sensor on the inside diameter of said portion of duct D (L and D being expressed in the same unit of measurement) In other words, a slightly less closed angle is adopted and the shutter is brought closer to the sensor.

Les figures 4a, 4b, 4c représentent, par des vues de profil, les gaz circulant à un instant donné, dans une portion de conduite équipée d’un capteur NOx, pour une étude déterminant des vitesses de gaz obtenues au niveau de la tête du capteur NOx pour différentes configurations et à un régime moteur au ralenti (à bas débit) : sans dispositif déflecteur pour , avec le dispositif déflecteur et L/D <1, le volet étant en position d’ouverture totale pour , ou le volet étant en position inclinée intermédiaire avec α=20,1° pour . Dans les deux premières configurations, la vitesse des gaz est de 3,6 m/s, alors que dans la dernière configuration la vitesse atteinte est de 8,1 m/s, ce qui confirme le résultat mentionné précédemment.FIGS. 4a, 4b, 4c represent, by profile views, the gases circulating at a given instant, in a portion of pipe equipped with a NOx sensor, for a study determining the gas velocities obtained at the level of the head of the NOx sensor for different configurations and at idling engine speed (low flow): without deflector device for , with the deflector device and L/D <1, the flap being in the fully open position for , or the flap being in an intermediate inclined position with α=20.1° for . In the first two configurations, the speed of the gases is 3.6 m/s, whereas in the last configuration the speed reached is 8.1 m/s, which confirms the result mentioned above.

De , on peut observer que, quand le volet est incliné dans la deuxième position (ouverture partielle), le flux des gaz d’échappement (flèche G’) arrive sur la face distale légèrement convexe 510 du volet 51, ledit volet 51 étant incliné suivant l’angle d’ouverture « α » d’environ 20 degrés, de sorte que ces gaz sont déviés de part et d’autre dudit volet et accélérés lorsqu’ils arrivent dans la portion de conduit au niveau de la tête du capteur.Of , it can be observed that, when the flap is tilted in the second position (partial opening), the flow of exhaust gases (arrow G') arrives on the slightly convex distal face 510 of the flap 51, said flap 51 being tilted along the opening angle "α" of about 20 degrees, so that these gases are deflected on either side of said flap and accelerated when they arrive in the duct portion at the level of the head of the sensor.

La vitesse des gaz d’échappement arrivant sur la tête du capteur NOx, est de l’ordre de 7 m/s, Ceci est donc favorable à un temps de réponse rapide de la mesure du capteur NOx, conforme à la réalité de la concentration d’oxydes d’azote des gaz, pour de faibles débits de gaz d’échappement, notamment pour des régimes moteur au ralenti.The speed of the exhaust gases arriving at the head of the NOx sensor is of the order of 7 m/s. This is therefore favorable to a fast response time for the measurement of the NOx sensor, in line with the reality of the concentration of nitrogen oxides from the gases, for low exhaust gas flow rates, in particular for engine speeds at idle.

Dès que la vitesse des gaz est d’au moins 7m/s, le volet peut être maintenu totalement ouvert pour limiter l'impact de contre-pression à l’échappement sur la performance du moteur. Ces études confirment qu’un dispositif déflecteur avec un volet ne pouvant pendre que deux positions suffit (totalement ouverte et position inclinée d’ouverture partielle) pour atteindre l’objectif d’une vitesse supérieure au seuil visé, par exemple d’au moins 7m/s, ce qui est avantageux économiquement du fait qu’il est moins coûteux qu'un déflecteur à position variable continue.As soon as the throttle speed is at least 7m/s, the flap can be kept fully open to limit the impact of exhaust back pressure on engine performance. These studies confirm that a deflector device with a flap that can only hang in two positions is sufficient (fully open and inclined position of partial opening) to achieve the objective of a speed greater than the target threshold, for example at least 7m /s, which is economically advantageous because it is less expensive than a continuously variable position deflector.

Claims (10)

Groupe moteur comportant :
- au moins un moteur à combustion interne,
- un circuit d’échappement comprenant un conduit apte à guider d’amont en aval les gaz d’échappement émis par ledit moteur vers l’orifice de sortie du conduit débouchant sur l’extérieur, et comprenant des dispositifs de dépollution des gaz d’échappement dont un dernier dispositif de dépollution (23, 23’) , et au moins un capteur de concentration d’oxydes d’azote (50), disposé en aval dudit dernier dispositif de dépollution (23, 23’), ledit capteur (50) comprenant une tête (500) au moins en partie incluse à l’intérieur d’une portion dudit conduit (205’), ladite tête s’étendant partiellement à l’intérieur de ladite portion de conduit, caractérisé en ce que
ladite portion de conduit (205’) contient un dispositif déflecteur situé en amont de ladite tête du capteur, et en aval dudit dernier dispositif de dépollution, ledit dispositif déflecteur comprenant un volet (51) globalement plan disposé à l’intérieur de ladite portion de conduit, comportant deux faces opposées composant une face distale (510) et une face proximale (511) à ladite tête du capteur, et ledit volet étant inclinable par rapport à la direction longitudinale (XX’) de ladite portion de conduit, ledit volet occupant au moins une position d’ouverture totale orientée suivant la direction longitudinale de ladite portion de conduit et une position inclinée d’ouverture partielle, ledit dispositif déflecteur comportant des moyens d’actionnement motorisés (513) entraînant ledit volet en ladite position inclinée d’ouverture partielle afin d’accélérer la vitesse des gaz d’échappement arrivant sur la tête dudit capteur.Engine group comprising:
- at least one internal combustion engine,
- an exhaust circuit comprising a duct capable of guiding the exhaust gases emitted by said engine from upstream to downstream towards the outlet orifice of the duct opening out onto the outside, and comprising exhaust gas pollution control devices exhaust including a last depollution device (23, 23'), and at least one nitrogen oxide concentration sensor (50), disposed downstream of said last depollution device (23, 23'), said sensor (50 ) comprising a head (500) at least partly included inside a portion of said duct (205'), said head extending partially inside said portion of duct, characterized in that
said portion of duct (205') contains a deflector device located upstream of said sensor head, and downstream of said last depollution device, said deflector device comprising a generally planar flap (51) disposed inside said portion of duct, comprising two opposite faces forming a distal face (510) and a proximal face (511) to said head of the sensor, and said flap being tiltable with respect to the longitudinal direction (XX') of said portion of duct, said flap occupying at least one fully open position oriented along the longitudinal direction of said portion of duct and one inclined position of partial opening, said deflector device comprising motorized actuating means (513) driving said flap into said inclined open position partial in order to accelerate the speed of the exhaust gases arriving at the head of said sensor. Groupe moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit volet (51) est disposé à une distance (L) de la tête dudit capteur qui est inférieure ou égale au diamètre interne (D) de ladite portion de conduit.Motor unit according to Claim 1, characterized in that the said flap (51) is arranged at a distance (L) from the head of the said sensor which is less than or equal to the internal diameter (D) of the said portion of duct. Groupe moteur selon l’une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que ladite position inclinée d’ouverture partielle du volet correspond à un angle d’ouverture (α) du volet compris entre 15 et 25 degrés, et plus particulièrement entre 18 et 22 degrés, la position d’ouverture totale du volet correspondant à un angle d’ouverture de 90 degrés.Engine unit according to one of Claims 1 to 2, characterized in that the said inclined position of partial opening of the flap corresponds to an opening angle (α) of the flap of between 15 and 25 degrees, and more particularly between 18 and 22 degrees, the fully open position of the flap corresponding to an opening angle of 90 degrees. Groupe moteur selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la face distale (510) du volet, opposée à la face proximale à la tête du capteur, est sensiblement convexe.Motor unit according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the distal face (510) of the flap, opposite the face proximal to the head of the sensor, is substantially convex. Groupe moteur selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite position inclinée d’ouverture partielle du volet est optimisée suivant une combinaison du rapport de ladite distance entre le volet en position de fermeture totale et la tête du capteur sur le diamètre interne de ladite portion de conduit, et l’angle d’ouverture partielle dudit volet, de sorte que la vitesse desdits gaz arrivant sur ladite tête du capteur puisse atteindre une valeur supérieure à un seuil, notamment au moins environ 5 m/s, et de préférence au moins environ 7 m/s.Motor unit according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the said inclined position of partial opening of the shutter is optimized according to a combination of the ratio of the said distance between the shutter in the fully closed position and the head of the sensor on the internal diameter of said portion of duct, and the angle of partial opening of said shutter, so that the speed of said gases arriving at said head of the sensor can reach a value greater than a threshold, in particular at least approximately 5 m/s, and preferably at least about 7 m/s. Groupe moteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le rapport de ladite distance donnée entre le volet et la tête du capteur sur le diamètre intérieur de ladite portion de conduit, est inférieur ou égal à 1 et ledit angle d’ouverture partielle est de l’ordre de 20 degrés.Motor group according to Claim 5, characterized in that the ratio of the said given distance between the shutter and the head of the sensor to the internal diameter of the said portion of duct, is less than or equal to 1 and the said partial opening angle is the order of 20 degrees. Groupe moteur selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdits moyens d’actionnement motorisés comprennent un axe de pivotement (513) solidarisé transversalement au volet (51), de direction sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale (SS’) de la tête dudit capteur et sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale (XX’) de ladite portion de conduit, cet axe de pivotement permettant d’incliner ledit volet dans ladite portion de conduite.Engine unit according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the said motorized actuating means comprise a pivot pin (513) secured transversely to the flap (51), in a direction substantially perpendicular to the longitudinal direction (SS') of the head of said sensor and substantially perpendicular to the longitudinal direction (XX') of said portion of duct, this pivot axis making it possible to incline said flap in said portion of duct. Groupe moteur selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit moteur à combustion interne est un moteur à essence.Engine unit according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the said internal combustion engine is a gasoline engine. Véhicule automobile, caractérisé en ce qu’il comprend un groupe moteur selon l’une des revendications 1 à 8.Motor vehicle, characterized in that it comprises a motor unit according to one of Claims 1 to 8. Véhicule automobile selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit capteur de concentration d’oxydes d’azote (50) est relié informatiquement au système de contrôle embarqué du véhicule, et les positions du volet (51) dudit dispositif déflecteur sont commandées par des moyens de contrôle intégrés ou couplés audit système de contrôle.Motor vehicle according to Claim 9, characterized in that the said nitrogen oxide concentration sensor (50) is computer-linked to the vehicle's on-board control system, and the positions of the flap (51) of the said deflector device are controlled by control means integrated or coupled to said control system.
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