WO2004097192A2 - Echappement pour moteur a combustion interne - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to the field of the automotive industry and, more particularly, that of equipment capable of reducing polluting emissions from the operation of an internal combustion engine.
  • this valve 8 is, in fact, defined so that the surface offered to the incident gases is greater than the level of the part 29 of this valve 8 arranged to close the conduit 24 connected to the bypass 3 that 'at the level of the part 30 of this valve 8 arranged to close the conduit 23 connected to the exchanger 2.
  • valve 8 includes means arranged to guide the gas flow from the inlet duct 25, this in the direction of the outlet duct 24 connected to the bypass 3. Such guidance is ensured at least in the closed position, by the valve 8, of the outlet conduit 23 connected to the exchanger 2.
  • Such guide means advantageously make it possible to reduce the thermal flow incident on the valve 8 but also on the receiving means 17, in an articulated manner, of said valve 8 on the valve body 9.
  • the receiving means 17 of the valve 8 define an axis of rotation of this valve 8, this axis of rotation being positioned in the inlet cone which achieves the range of this valve 8. This advantageously makes it possible to minimize the chain ribs giving the dispersion of the positioning in order to improve its sealing.

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Abstract

L'invention concerne un échappement (1) pour moteur à combustion interne comportant, en amont d'un dispositif échangeur de chaleur (2) auquel est associé en parallèle un by-pass (3), des moyens (4) d'orientation du flux de gaz d'échappement. Cet échappement (1) est caractérisé par le fait que ces moyens (4) sont définis par une vanne trois voies (7) disposée en aval d'une conduite (5) acheminant lesdits gaz d'échappement et comportant un clapet (8) à deux positions agencé pour, dans une première position, orienter ces gaz au travers dudit dispositif échangeur de chaleur (2) et, dans une seconde position, orienter ces gaz au travers dudit by-pass (3). L'invention concerne, encore, une vanne trois voies (7) pour ligne d'échappement (1) pour moteur à combustion interne prévue apte à orienter des gaz d'échappement, arrivant d'une conduite en amont (5), dans deux directions distinctes, notamment en direction d'un dispositif échangeur de chaleur (2) et d'une conduite by-pass (3).

Description

ECHAPPEMENT POUR MOTEUR A COMBUSTION INTERNE.
L'invention concerne un échappement pour moteur à combustion interne ainsi qu'une vanne trois voies pour un tel échappement.
La présente invention concerne le domaine de l'industrie automobile et plus particulièrement celui des équipements aptes à réduire les émissions polluantes issues du fonctionnement d'un moteur à combustion interne.
Un moteur à combustion interne, notamment de véhicule automobile, est complété par une ligne d'échappement sur laquelle est, très fréquemment, implanté au moins un pot catalytique ayant pour but de réduire des émissions polluantes issues du fonctionnement d'un tel moteur.
A ce propos, on observera que le bon fonctionnement d'un tel pot catalytique est fortement tributaire de la température que présentent les gaz d'échappement lorsqu'ils arrivent dans un tel pot.
De même, il est assez usuel de trouver, en partie amont de la ligne d'échappement, soit très près du moteur, deux pots catalytiques positionnés de manière très proche l'un de l'autre. L'un de ces pots est chargé de traiter le monoxyde de carbone et les hydrocarbures dès la sortie du moteur, tandis que l'autre pot, dit « piège Nox », est disposé en aval et est plus spécialisé dans le traitement des oxydes d'azote.
A ce propos, on observera que chacun de ces pots catalytiques fonctionne, de manière optimale, à l'intérieur d'une plage de température spécifique et différente pour chacun de ces pots.
Aussi, la combinaison de ces pots nécessite souvent la mise en œuvre de moyens d'échanges de chaleur permettant d'amener lesdits gaz, notamment après leur passage à travers d'un premier pot catalytique, dans la plage de température appropriée au bon fonctionnement du second pot catalytique.
En fait, l'on comprend bien que, dans la mesure où la température des gaz d'échappement est amenée à varier, en particulier durant les phases transitoires de fonctionnement du moteur, par exemple lors du démarrage de ce dernier, l'option de faire transiter ces gaz d'échappement au travers d'un échangeur de chaleur ne doit être retenue que si ces gaz d'échappement se trouvent à une température supérieure aux conditions normales, voire optimales, de fonctionnement d'un pot catalytique. Dans le cas contraire, ces gaz d'échappement doivent directement pénétrer dans ce pot catalytique sans subir une phase de refroidissement qui les ramènerait à une température se situant en-deçà de la plage de fonctionnement optimal.
Pour ce faire, il est courant de disposer en parallèle 1' échangeur de chaleur et un by-pass tandis que des moyens d'orientation du flux de gaz d'échappement, substantiellement constitués par des vannes, sont placés en amont, respectivement, dudit échangeur de chaleur et de ce by-pass de manière à permettre aux gaz d'échappement de traverser l'un ou l'autre.
Pour obtenir un tel résultat, il est, jusqu'à présent, usuel de faire appel à deux vannes fonctionnant de manière synchronisée pour, à la fois, obturer une voie d'écoulement des gaz d'échappement et ouvrir une autre.
Si la présence de ces deux vannes complique quelque peu la conception de la ligne d'échappement dans la mesure où leur commande doit être parfaitement synchronisée, des risques de détérioration sont possibles en cas de dysfonctionnement.
En fin de compte, l'invention a su répondre à cette difficulté. A cet effet, l'invention concerne un échappement pour moteur à combustion interne comportant, en amont d'un dispositif échangeur de chaleur auquel est associé en parallèle un by-pass, des moyens d'orientation du flux de gaz d'échappement, caractérisé par le fait que ces moyens sont définis par une vanne trois voies disposée en aval d'une conduite acheminant lesdits gaz d'échappement et comportant un clapet à deux positions agencé pour, dans une première position, orienter ces gaz au travers dudit dispositif échangeur de chaleur et, dans une seconde position, orienter ces gaz au travers dudit by-pass.
L'invention concerne encore plus particulièrement une vanne trois voies pour ligne d'échappement pour moteur à combustion interne prévue apte à orienter des gaz d'échappement, arrivant d'une conduite en amont, dans deux directions distinctes, notamment en direction d'un dispositif échangeur de chaleur et d'une conduite by-pass, caractérisée par le fait que ladite vanne comporte un corps de vanne subdivisé en une partie de corps de vanne amont comportant une ouverture d'entrée des gaz d' échappement et une partie de corps de vanne avale pourvue de deux ouvertures de sortie, ces deux parties de corps de vanne étant définies aptes à être assemblées après intégration d'un clapet prévu apte à coopérer, d'une part, avec un premier siège pour l'obturation d'une première ouverture de sortie et, d'autre part, avec un second siège pour l'obturation d'une seconde ouverture de sortie, chacun desdits sièges étant constitué au moins en partie par au moins une portion de la partie amont et/ou avale du corps de vanne.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre se rapportant à un mode de réalisation illustré dans les dessins joints dans lesquels :
- la figure 1 est une représentation schématisée d'une ligne d'échappement conforme à l'invention ; - la figure 2 est une représentation schématisée, en éclaté et en perspective, d'une vanne trois voies selon l'invention ;
- la figure 3 est une vue de dessus et en éclaté d'un premier mode de réalisation d'une vanne selon l'invention ;
- la figure 4 est une vue de dessus et en coupe correspondant à un second mode de réalisation d'une vanne selon l'invention, après assemblage ;
la figure 5 est une vue schématisée et en perspective correspondant à un détail du clapet que comporte la vanne représentée figure 4.
La présente invention concerne le domaine de l'industrie automobile et, plus particulièrement, celui des équipements aptes à réduire les émissions polluantes issues du fonctionnement d'un moteur à combustion interne.
Ainsi, tel que représenté dans la figure 1, la présente invention a trait à un échappement 1 pour moteur à combustion interne, un tel échappement 1 comportant, d'une part, un dispositif échangeur de chaleur 2 et une conduite by-pass 3 disposée en parallèle de ce dispositif échangeur 2 et, d'autre part, des moyens 4 d'orientation du flux des gaz d'échappement en provenance d'une conduite amont 5, ces moyens d'orientation 4 permettant d'amener ces gaz, selon le cas, au travers dudit dispositif échangeur de chaleur 2 ou au travers de ladite conduite by-pass 3, ceci de manière à gérer au mieux la température de ces gaz d'échappement s'ils arrivent, par exemple, sur un pot catalytique 6 disposé en aval.
De manière avantageuse, les moyens d'orientation 4 de ce flux de gaz d'échappement sont constitués par une vanne trois voies 7 disposée en aval de la conduite amont 5 et comportant un clapet
8 à deux positions agencé pour, dans une première position, orienter ces gaz au travers dudit dispositif échangeur de chaleur 2 et, dans une seconde position, orienter ces gaz au travers de la conduite by-pass 3.
De manière particulière, la vanne trois voies 7 comporte, encore, un corps de vanne 9 constitué d'une partie de corps de vanne amont 10 et d'une partie de corps de vanne avale 11. La partie 10 de corps de vanne amont comporte une ouverture d'entrée 12 des gaz d'échappement en provenance de la conduite amont 5, tandis que la partie 11 de corps de vanne avale comporte, elle, d'une part, une première ouverture de sortie 13 permettant, par exemple, à ces gaz d'échappement d'accéder au dispositif échangeur de chaleur 2 et, d'autre part, une seconde ouverture de sortie 14 pour orienter ces gaz au travers du by- pass 3.
Ces parties amont 10 et avale 11 sont conçues aptes à être assemblées pour définir ledit corps de vanne 9. A cet effet et tel que visible sur la figure 2, ladite partie avale 11 peut comporter une bride d'assemblage 15 prévue apte à coopérer avec une bride d'assemblage similaire 16 définie au niveau de la partie amont 10 du corps de vanne 9. Un tel assemblage est assuré, plus particulièrement, après insertion dudit clapet 8 à l'intérieur dudit corps de vanne 9.
Une autre caractéristique de l'invention consiste en ce que ce corps de vanne 9 comporte, encore, des moyens de réception 17, de manière articulée, du clapet 8.
Selon un mode de réalisation préférentiel visible figure 2, ces moyens de réception 17 sont définis, au niveau de ladite partie avale 11, par des éléments semi-sphériques 18, 19 (notamment définis par une céramique ou analogue) disposés de manière diamétralement opposée et sur lesquels sont à même de s'emboîter des portées semi-sphériques ou coniques 20, 21 que comporte, là encore, de manière diamétralement opposée, le clapet 8. Comme illustré dans la figure 2, l'un et/ou l'autre des éléments semi-sphériques 18, 19 sont prévus escamotables pour permettre l'emboîtement du clapet 8 plus précisément après engagement de ce dernier 8 dans la partie de corps de vanne avale 11. Celle-ci 11 reçoit, au travers d'ouvertures 22 adaptées, lesdits éléments semi-sphériques 18, 19 plus particulièrement en céramique.
L'on comprend bien que l'invention n'est nullement limitée à une telle forme de réalisation de ces moyens de réception 17 du clapet 8. Aussi et tel que visible figure 4, de tels moyens de réception 17 peuvent, encore, être définis par un axe ou analogue.
En fin de compte et selon l'invention, dans le corps de vanne 9 sont conçus deux sièges agencés en sorte que, sur l'un de ces sièges vient s'appliquer, dans une première position (représentation en traits discontinus figure 4) , le clapet 8 pour obturer la première ouverture de sortie 13 sachant que dans une seconde position de ce clapet 8 (représentation en traits continus figure 4), celui-ci 8 vient s'appliquer sur l'autre siège pour obturer la seconde ouverture de sortie 14.
A ce propos, on observera que chacun de ces sièges de réception est constitué, au moins en partie, par au moins une portion de la partie amont 10 et/ou une portion de la partie avale 11 du corps de vanne 9.
Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, chacun de ces sièges de réception du clapet 8 est constitué en partie par l'une et l'autre des parties de corps de vanne amont 10 et avale 11. En somme, un siège de clapet est constitué de deux demi-sièges dont l'un se trouve dans la partie de corps de vanne amont 10 tandis que l'autre se trouve dans la partie de corps de vanne aval 11. Il a été représenté figures 3 et 4 différents modes de réalisation d'un corps de vanne 9 conforme à l'invention et comportant, d'une part, un premier conduit de sortie 23 destiné à être raccordé à un échangeur 2 et, d'autre part, un second conduit de sortie 24 destiné à être raccordé à un by-pass 3.
Ainsi, la figure 3 correspond à un premier mode de réalisation pour lequel la partie avale 11 du corps de vanne 9 adopte une forme en « Y » et pour lequel les deux conduits de sortie 23, 24 adoptent une forme sensiblement symétrique par rapport à un plan (non représenté) passant au moins par la partie avale 11 de ce corps de vanne 9.
Il a été représenté figure 4 un autre mode de réalisation d'un corps de vanne 9 selon l'invention et dont la partie amont 10 présente un conduit d'entrée 25, raccordé à une conduite amont 5, et s'étendant, sensiblement, selon un axe 26.
En fait et selon un premier mode de réalisation non représenté, le conduit de sortie 24 (raccordé au by-pass 3) s'étend le long d'un axe 27 qui est sensiblement parallèle, voire aligné, avec l'axe 26 du conduit d'entrée 25 du corps de vanne 9.
Cependant et selon un mode de réalisation préféré de l'invention visible figure 4, ce conduit de sortie 24 s'étend le long d'un axe 27 orienté sensiblement de manière oblique par rapport à l'axe 26 du conduit d'entrée 25 du corps de vanne 9.
En ce qui concerne le conduit de sortie 23 (raccordé à l'échangeur 2), celui-ci s'étend latéralement (par exemple de manière sensiblement perpendiculaire) par rapport à l'axe 26 du conduit d'entrée 25, notamment le long d'un axe 28 orienté de manière sensiblement perpendiculaire à cet axe 26.
Un tel mode de réalisation favorise l'écoulement des gaz en direction du by-pass 3 (utilisé la plupart du temps et de manière plus intensive que l'échangeur 2, notamment lors des phases de fonctionnement à pleine charge du moteur) et permet que la pression exercée par les gaz incidents soit plus élevée sur la partie 29 du clapet 8 obturant le conduit de sortie 24 raccordé au by-pass 3 que sur la partie 30 du clapet 8 obturant le conduit de sortie 23 raccordé à l'échangeur 2.
De manière additionnelle, le fait que le conduit de sortie 23 raccordé à l'échangeur 2 soit défini de manière latérale par rapport à l'axe 26 du conduit d'entrée 25 permet, du fait de l'écoulement préférentiel des gaz dans le conduit 24 raccordé au by-pass 3, de créer une dépression au niveau dudit conduit 23 raccordé à l'échangeur 2 lorsque celui-ci est obturé par le clapet 8, cette dépression ayant pour effet de renforcer le maintien de ce clapet 8 en position d'obturation de ce conduit 23.
De plus, la configuration de ces conduits de sortie 23, 24 permet de réduire la perte de charge occasionnée par le conduit de sortie 23 raccordé à l'échangeur 2 en raison du fait que ce conduit 23 n'est utilisé qu'occasionnellement (chauffage de l'habitacle lors du démarrage à froid) et dans des conditions de faible débit des gaz.
En outre, ce mode de réalisation permet, avantageusement, d'assurer, de manière préférentielle, la fermeture du conduit de sortie 23 raccordé à l'échangeur 2, ceci en cas de défaillance d'un système de commande du clapet 8 susceptible d'équiper la vanne 7 (position de sécurité) .
Tel que visible sur la figure 4 en annexe, le corps de vanne 9 comporte, là encore, une partie amont 10 et une partie avale 11 destinées à être assemblées, notamment par emboîtement, pour constituer un tel corps de vanne 9. A ce propos, on observera que le conduit d'entrée 25 est défini au niveau de ladite partie amont 10 tandis que le conduit de sortie 24, raccordé au by-pass 3, est défini au niveau de la partie avale 11. Le conduit de sortie 23, raccordé à l'échangeur 2, est défini pour partie au niveau de la partie amont 10 et pour partie au niveau de la partie avale 11 dudit corps de vanne 9. C'est, plus particulièrement, au niveau de la partie amont 10 de ce conduit de sortie 23 que règne la dépression ayant pour effet de renforcer le maintien du clapet 8 en position d'obturation de ce conduit 23.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le clapet 8 adopte une géométrie dissymétrique tel que visible sur les figures 4 et 5.
A ce propos, on observera que ce clapet 8 est, en fait, défini en sorte que la surface offerte aux gaz incidents est supérieure au niveau de la partie 29 de ce clapet 8 agencée pour obturer le conduit 24 raccordé au by-pass 3 qu'au niveau de la partie 30 de ce clapet 8 agencée pour obturer le conduit 23 raccordé à 1' échangeur 2.
Un tel mode de réalisation permet, là encore (et avec les effets susmentionnés) , que la pression exercée par les gaz incidents soit plus grande sur la partie 29 du clapet 8 obturant le conduit de sortie 24 raccordé au by-pass 3 que sur la partie 30 du clapet 8 obturant le conduit de sortie 23 raccordé à l'échangeur 2.
Une caractéristique additionnelle consiste en ce que le clapet 8 comporte des moyens agencés pour assurer un guidage du flux gazeux en provenance du conduit d'entrée 25, ceci en direction du conduit de sortie 24 raccordé au by-pass 3. Un tel guidage est assuré au moins en position d'obturation, par le clapet 8, du conduit de sortie 23 raccordé à l'échangeur 2.
De tels moyens de guidage permettent, avantageusement, de réduire le flux thermique incident sur le clapet 8 mais également sur les moyens de réception 17, de manière articulée, dudit clapet 8 sur le corps de vanne 9.
Ces moyens de guidage permettent, encore, de réduire le décollement du clapet 8 par rapport au siège sur lequel il prend appui pour obturer le conduit de sortie 23 raccordé à l'échangeur 2.
En fait et tel que visible, plus particulièrement, figure 5, ces moyens de guidage sont constitués par une déformation concave 31 que présente ledit clapet 8, plus particulièrement au niveau de sa partie 29 conçue apte à obturer le conduit 24 raccordé au by- pass 3.
Une telle déformation concave 25 permet, en outre, de conférer audit clapet 8 une rigidité accrue face aux contraintes thermiques exercées par les gaz sur ce clapet 8, plus particulièrement en position d'obturation par ce dernier.
Finalement, les moyens de réception 17 du clapet 8 définissent un axe de rotation de ce clapet 8, cet axe de rotation étant positionné dans le cône d'entrée qui réalise la portée de ce clapet 8. Ceci permet, avantageusement, de minimiser la chaîne des côtes donnant la dispersion du positionnement afin d'améliorer son étanchéité.
Il convient d'observer que l'invention décrite ci-dessus trouvera une application toute particulière (mais aucunement limitée) lorsqu'il s'agit d'utiliser les gaz d'échappement pour assurer le chauffage de l'habitacle d'un véhicule, plus particulièrement en faisant appel à un dispositif échangeur de chaleur tel que susmentionné.

Claims

REVENDICATIONS
1) Echappement (1) pour moteur à combustion interne comportant, en amont d'un dispositif échangeur de chaleur (2) auquel est associé en parallèle un by-pass (3), des moyens (4) d'orientation du flux de gaz d'échappement, caractérisé par le fait que ces moyens (4) sont définis par une vanne trois voies (7) disposée en aval d'une conduite (5) acheminant lesdits gaz d'échappement et comportant un clapet (8) à deux positions agencé pour, dans une première position, orienter ces gaz au travers dudit dispositif échangeur de chaleur (2) et, dans une seconde position, orienter ces gaz au travers dudit by-pass (3) .
2) Vanne trois voies (7) pour ligne d'échappement pour moteur à combustion interne prévue apte à orienter des gaz d'échappement, arrivant d'une conduite en amont (5), dans deux directions distinctes, notamment en direction d'un dispositif échangeur de chaleur (2) et d'une conduite by-pass (3), caractérisée par le fait que ladite vanne (7) comporte un corps de vanne (9) subdivisé en une partie (10) de corps de vanne amont comportant une ouverture (12) d'entrée des gaz d'échappement et une partie (11) de corps de vanne avale pourvue de deux ouvertures de sortie (13, 14), ces deux parties (10, 11) de corps de vanne (9) étant définies aptes à être assemblées après intégration d'un clapet (8) prévu apte à coopérer, d'une part, avec un premier siège pour l'obturation d'une première ouverture de sortie (13) et, d'autre part, avec un second siège pour l'obturation d'une seconde ouverture de sortie (14), chacun desdits sièges étant constitué au moins en partie par au moins une portion de la partie amont (10) et/ou avale (11) du corps de vanne (9) .
3) Vanne trois voies (7) selon la revendication 2, caractérisée par le fait qu'elle comporte, d'une part et au niveau de la partie amont (10) comportant l'ouverture d'entrée (12), un conduit d'entrée (25) raccordé à la conduite amont (5) et, d'autre part et au niveau de la partie avale (11) comportant les ouvertures de sortie (13, 14), un premier conduit de sortie
(23) raccordé à un dispositif (2) échangeur de chaleur ainsi qu'un second conduit de sortie (24) raccordé à un by-pass (3) .
4) Vanne trois voies (7) selon la revendication 3, caractérisée par le fait que la partie avale (11) adopte une forme en « Y » et que les deux conduits de sortie (23, 24) adoptent une forme sensiblement symétrique par rapport à un plan passant au moins par cette partie avale (11) .
5) Vanne trois voies (7) selon la revendication 3, caractérisée par le fait que, d'une part, le conduit d'entrée (25) s'étend selon un axe (26) et, d'autre part, le conduit de sortie (24) raccordé à un by-pass (3) s'étend le long d'un axe (27) qui est, soit sensiblement parallèle, voire aligné, avec l'axe (26) du conduit d'entrée (25), soit orienté sensiblement de manière oblique par rapport à l'axe (26) de ce conduit d'entrée (25) .
6) Vanne trois voies (7) selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisée par le fait que le conduit de sortie (23) raccordé à l'échangeur (2) s'étend latéralement, par exemple de manière sensiblement perpendiculaire, par rapport à l'axe (26) du conduit d'entrée (25), notamment le long d'un axe (28) orienté de manière sensiblement perpendiculaire à cet axe (26) .
7) Vanne trois voies (7) selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisée par le fait que le clapet (8) adopte une géométrie dissymétrique et est défini en sorte que la surface offerte aux gaz incidents est supérieure au niveau d'une partie (29) de ce clapet (8) agencée pour obturer le conduit
(24) raccordé au by-pass (3) qu'au niveau d'une partie (30) de ce clapet (8) agencée pour obturer le conduit (23) raccordé à l'échangeur (2). 8) Vanne trois voies (7) selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisée par le fait que le clapet (8) comporte des moyens agencés pour assurer un guidage du flux gazeux en provenance du conduit d'entrée (25), ceci en direction du conduit de sortie (24) raccordé au by-pass (3) .
9) Vanne trois voies (7) selon la revendication 8, caractérisée par le fait que les moyens de guidage sont constitués par une déformation concave (31) que présente ledit clapet (8) , plus particulièrement au niveau d'une partie (29) conçue apte à obturer le conduit (24) raccordé au by-pass (3) .
10) Vanne trois voies (7) selon l'une quelconque des revendications 2 à 9, caractérisée par le fait que chacun des sièges est constitué pour partie par chacune des parties (10,
11) de corps de vanne amont et avale.
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