Brevet FR2215534A1 — publié le 19740823

L'invention est relative à un dispositif utilisable pour réduire la teneur en agents polluants des produits d'échappement d'un moteur à combustion interne. Le dispositif selon l'invention comprend un réacteur à travers lequel, en fonctionnement, les produits d'échappement du moteur peuvent passer, un catalyseur dans le réacteur disposé de façon que les produits d'échappement circulant à travers le réacteur passent sur le catalyseur, ce qui fait que les agents polluants se trouvant dans les produits d'échappement réagissent sur le catalyseur de sorte que la teneur en agents polluants des produits d'échappement diminue, une dérivation à travers laquelle le flux des produits d'échappement peut tre dévié dans des conditions extrmes où la teneur en agents polluants des produits d'échappement dépasse une valeur prédéterminée telle que le flux d'échappement à travers le réacteur puisse avoir un résultat néfaste sur le catalyseur, un clapet actionnable pour commander le flux des produits d'échappement travers ledit réacteur et ladite dérivation, ledit clapet étant agencé en fonctionnement de telle façon que, la teneur en agents polluants des produits d'échappement étant inférieure à ladite valeur prédéterminée à laquelle les produits d'échappement circulent à travers le réacteur, une partie des produits d'échappement puisse tre déviée à travers la dérivation. De préférence, le moyen de commande est associé avec le clapet et, en fonctionnement, lorsque la teneur en agents polluants des produits d'échappement est inférieure à ladite valeur prédéterminée, commande le fonctionnement du clapet de telle manière que la proportion de produits d'échappement qui est déviée à un moment quelconque à travers la dérivation est fonction des conditions de fonctionnement du moteur. Avantageusement, la proportion de produits d'échappement qui est déviée à travers la dérivation, lorsque la teneur en agents polluants est inférieure à ladite valeur prédéterminée, est fonction d'une ou plusieurs des conditions de fonctionnement du moteur comprenant l'angle d'étranglement, le couple, la vitesse du véhicule ou du moteur, le flux global d'air dans la tubulure, et la dépres- sion dans la tubulure et de préférence est fonction de la vitesse du moteur et de l'angle d'étranglement. Dans le dessin annexé, la figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif selon un exemple de l'invention en fonctionnement dans le moteur à combustion interne d'un véhicule routier, la figure 2 est un schéma de circuit représentant l'agencement des moyens de commande pour commander le fonctionnement du clapet du dispositif représenté dans la figure 1 et, les figures 3 et 4 sont des représentations schématiques d'autres parties des moyens de commande représentés dans la figure 2. Le dispositif représenté dans le dessin comprend un premier et un second tubes 11,12, qui sont reliés en parallèle à la tubulure d'échappement 13 du moteur à combustion interne associé. Chacun des tubes 11, 12, est en outre relié par l'intermédiaire d'un clapet 14 de distribution proportionnelle à deux voies, à un tube de sortie 15 dans lequel est réalisé un silencieux 16 conventionnel, un autre silencieux 17 étant réalisé dans le tube 12. Ainsi, en fonctionnement, lorsque le moteur tourne, les produits d'échappement sont amenés de façon continue vers les tubes 11,12 et circulent à travers les tubes vers la sortie 15 sous la commande du clapet 14. Le clapet est agencé de façon que les produits d'échappement puissent tre amenés à circuler totalement à travers le tube 11, ou totalement à travers le tube 12 ou à travers les deux tubes 11, 12 dans des proportions variables. Une première et une seconde chambres de réaction 18, 19 sont reliées en série par le tube 11, à travers lesquelles les produits d'échappement circulant dans le tube 11 peuvent passer. Chaque chambre de réaction contient un catalyseur disposé de façon que les produits d'échappement circulant à travers la chambre passent sur le catalyseur. Lors du fonctionnement, chaque catalyseur est maintenu à une température élevée et est agencé de façon qu'à cette température les agents polluants dans les produits d'échappement réagissent sur le catalyseur. Les chambres de réaction 18,19 ont de ce fait pour fonction de réduire la teneur en agents polluants des produits d'échappement passant à travers le tube 11, les agents polluants étant sous la forme d'oxyde de carbone et d'hydrocarbures non brûlés résultant de la combustion incomplète du mélange air/carburant alimentant le moteur, ou des oxydes d'azote résultant de l'excès d'air dans le mélange de combustion. Ainsi, la chambre 18 est agencée pour éliminer les oxydes d'azote se trouvant dans les produits d'échappement en fonctionnement, et la chambre 19, qui est située en aval de la chambre 18, est agencée pour éliminer l'oxyde de carbone et les hydrocarbures non brûlés se trouvant dans les produits d'échappement. De meme un conduit d'entrée 21 communique avec le tube 11 entre les chambres 18,19, de façon qu'en fonctionnement de l'air puisse 8tre amené à la chambre 19 pour faciliter l'élimination de l'oxyde de carbone et des hydrocarbures non brûlés des produits d'échappement. On comprend cependant qu'il est possible d'utiliser un seul réacteur pour éliminer les deux types de produits d'échappement pourvu que les conditions de fonctionnement du réacteur soit soigneusement contrôlées. En fonctionnement, lorsque les produits d'échappement circulent à travers le tube 11 et que les agents polluants sont éliminés sur les catalyseurs dans les réacteurs 18,19 la température des catalyseurs nécessairement s'élève. Ainsi, quand les produits d'é- chappement contiennent des quantités anormalement grandes d'agents polluants il peut arriver que la température des catalyseurs-s'é- lève tellement que cela puisse endommager les catalyseurs. Ceci peut bien entendu survenir s'il y a une défaillance d'inflammation soit partielle soit complète du mélange carburant/air alimenté vers le moteur. Donc, associés avec les catalyseurs dans les chambres 18, 19 se trouvent des détecteurs de température 22 et respectivement 23 sous la forme de thermo-couples qui ont pour fonction de surveiller la montée en température des catalyseurs. Chaque détecteur est agencé de façon que si la température de son catalyseur associé s'élève au-dessus d'une première valeur prédéterminée, le détecteur produit un signal de sortie qui est fourni à un dispositif 24 d'actionnement de clapet qui commande le fonctionnement du clapet 14. En fonctionnement, dans des conditions normales de fonctionnement du moteur, l'agencement est tel que le dispositif d'actionnement 24 maintient le clapet 14 dans une position telle que les produits d'échappement du moteur puissent circuler à travers le tube 11 pour permettre l'élimination des agents polluants. Si, cependant la quantité d'agents polluants dans les produits d'échappement dépasse ladite valeur prédéterminée de sorte que l'un ou les deux détecteurs 22,23 produisent un signal de sortie élevé, le dispositif d'actionnement 24 fait fonctionner le clapet 14 de façon à dévier tout le flux de produits d'echappement à travers le tube 12. Ainsi, grâce au contrdle fourni par les détecteurs 22,23 il est possible de faire en sorte que tous les produits d'échappement du moteur circulent à travers les réacteurs 18,19 de façon que la teneur en agents polluants des produits d'échappement soit réduite, ou lorsque la teneur en agents polluants des produits d'échappement devient très élevée, de faire en sorte que tous les produits d'échap- pement soient déviés à travers le tube 12 pour éviter d'endommager les catalyseurs dans les réacteurs 18,19. Cependant, dans certaines circonstances, on peut souhaiter dévier au moins une partie des produits d'échappement à travers le tube 12, mme lorsque la teneur en agents polluants des produits d'échappement n'est pas suffisamment élevée pour provoquer d'éventuels dommages aux catalyseurs. De telles circonstances apparaissent lorsque, par exemple, les conditions dans lesquelles fonctionne le moteur sont telles que la teneur en agents polluants peut tre considérée comme non nocive pour l'en- vironnement, mais que néanmoins le passage des produits d'échappement à travers les réacteurs 18,19 provoque malgré tout des changements qui diminuent la vie du catalyseur, par exemple lors de vi- tesses de croisière élevées à des charges faibles du moteur. Comme on le comprend, lorsque l'on fait passer tous les produits d'échap- pement du moteur A travers les réacteurs 18,19, cela a pour résul- tat d'user-sans nécessité les catalyseurs, ce qui diminue leur durée effectivement utile de vie. Ainsi pour pallier ces situations, le dispositif d'actionnement 24 est agencé pour fonctionner, pendant les conditions normales de marche du moteur, pour ajuster le réglage du clapet 14 de telle manière que des proportions variables de produits d'échappement circulant vers les réacteurs 18,19 puissent tre déviées à travers le tube 12. Il est cependant préférable de faire en sorte que la quantité de produits d'échappement qui est déviée à travers le tube 12 pendant les conditions normales de marche du moteur soit telle que les produits d'échappement restants passant à travers les réacteurs 18,19 et réagissant sur les catalyseurs dans les réacteurs soient juste suffisante pour maintenir les catalyseurs à leur température de fonctionnement nécessaire. Ainsi, d'autres détecteurs de température 26,27 également sous forme de thermo-couples sont associés aux catalyseurs dans les chambres 18, respectivement 19 et chacun est agencé pour fournir un signal de sortie vers les dispositifs d'actionnement 24 si la température de son catalyseur associé tombe en dessous d'une seconde valeur prédéterminée correspondant à la température minimale de fonctionnement efficace du catalyseur. Comme on le voit d'après la figure 3, le dispositif d'actionnement 24 comprend un piston 28 qui se déplace à l'intérieur d'un cylindre 29 et est relié à l'organe d'actionnement du clapet 14 de sorte que le mouvement du piston fait varier le réglage du clapet 14. L'agencement est tel que lorsque la tte 28a du piston 28 est poussée vers une extrémité 29a du cylindre 29 l'organe d'actionnement du clapet 14 est déplacé vers une position telle que le clapet envoie tous les produits d'échappement à travers le tube 11, tandis que lorsque la tte 28a est poussée vers l'autre extrémité 29b du cylindre, le clapet 14 dévie tous les produits d'échappement à travers le tube 12. Dans des positions intermédiaires de la tte 28a, le clapet 14 autorise les produits d'échappement à circuler travers les deux tubes 11,12. Le déplacement du piston 28 est commandé par la pression d'un fluide hydraulique amené au cylindre 29 par l'intermédiaire des conduits 31,32 reliés aux extrémités 29a, respectivement 29b du cylindre. Les conduits 31,32 communiquent également avec le cylindre 33 d'un clapet à bobine 34, le déplacement de la bobine 35 du clapet 34 étant commandé par un premier et un second solénoïdes respectivement. 36,37. Le cylindre 33 est en outre relié à un conduit 38 d'entrée à travers lequel le fluide hydraulique d'un réservoir (non représenté) est amené aux cylindres 33,29 par un clapet de retenue 39 actionnable par un troisième solénoïde 41, le fluide hydraulique étant renvoyé au réservoir par l'intermédiaire d'un conduit de sortie 42 relié aux extrémités opposées du cylindre 33. L'agencement est tel que lorsque le solénoïde 36 est actionné la bobine 35 se déplace vers une première position extrme de sorte que le fluide hydraulique du réservoir ne peut que s'écouler du conduit 38 vers le conduit 31, le conduit 32 étant relié au conduit 42 de sortie de telle façon que le piston 28 est poussé vers l'extrémité 29b du cylindre 29 et le clapet 14 dévie tous les produits d'échappement à travers le tube 12. D'autre part, lorsque le solénoide 37 est actionné, la bobine 35 est déplacée vers une seconde position extrme et ne permet l'écoulement du fluide hydraulique que vers le conduit 32 de sorte que le piston 28 est poussé vers l'extrémité 29a et tous les produits d'échappement circulent à travers le tube 11. Lorsqu'elle se trouve entre ses positions d'ex- trémités, la bobine bloque les deux conduits 31 et 32 et en outre le clapet 39 est agencé de telle façon que lorsque le solénoïde 41 est dans son état normal de non fonctionnement, le clapet retient l'écoulement du fluide hydraulique dans le conduit 38, ce par quoi le piston 28 normalement se déplace lentement par rapport au cylindre 29. Ainsi quand les deux solénoides 36,37 sont désexcités pen- dant le déplacement de la bobine 35 entre ses positions extremes le piston 28 peut rester dans une position intermédiaire pour amener le clapet 14 à autoriser les produits d'échappement à circuler à travers les deux tubes 11,12. Le fonctionnement du dispositif d'actionnement 24 et de ce fait du clapet 14 est par conséquent commandé par les solénoldes 36,37,41, tandis que ces derniers sont eux-memes commandés par les détecteurs 22, 23,26 et 27 conformément au circuit logique représenté dans la figure 2. Ainsi, en se référant à la figure 2, on voit que les détecteurs 22,23 fournissent des signaux d'entrée à une porte OU 43, tandis que les détecteurs 26,27 fournissent des signaux d'entrée à une porte NON-OU 44. Le signal de sortie de la porte 43 est fourni au solénoïde 41 et également fournit des signaux d'entrée vers une porte OU 45 et une porte NON-OU 46, les signaux de sortie des portes 45,46 étant utilisés pour commander les solénoides 36, respectivement 37. L'autre signal d'entrée vers la porte 45 est fourni par une porte ET 47, qui est elle-meme alimentée par des signaux d'entrée de la porte 44 et d'une unité de commande élec- tronique 25, cette dernière fournissant également l'autre signal d'entrée vers la porte 46. L'unité de commande 25 est nécessaire pour fournir un signal d'autorisation chaque fois qu'il est nécessaire, pendant des conditions normales, de dévier une partie des produits d'échappement du moteur associé à travers le tube 12. Cependant, dans cet exemple particulier, le carburant amené au moteur est commandé électroniquement conformément aux conditions de fonctionnement du moteur et il est par conséquent avantageux de faire en sorte que cette unité de commande 25 soit le dispositif qui commande le fonctionnement du mécanisme d'alimentation de carburant du moteur. La construction de l'unité de commande 25 sera décrite en détail ci-dessous. Le fonctionnement de l'appareil décrit ci-dessus est le suivant. Lorsque le moteur associé à l'appareil fonctionne normalement et dans des conditions où les agents polluants doivent etre élimi- nés des produits d'échappement, l'unité 25 est agencée de façon à ne permettre qu'aucun signal d'autorisation soit fourni au circuit logique de la figure 2. Ainsi on voit qu'à ce moment la porte NON OU 46 fonctionne de sorte que le solenoide 37 est excité pour amener tous les produits à passer à travers le tube 11 et les chambres 18,19 contenant le catalyseur. Dans ces conditions la porte NON-OU 44 naturellement fonctionne du fait que le catalyseur dans chacune des chambres 18, 19 est à sa température de fonctionnement requise et de ce fait les détecteurs 26,27 ne fournissent aucun signal de sortie si, cependant, les conditions de fonctionnement du moteur deviennent telles que la teneur en agents polluants des produits d'échappement n'est plus nocive pour l'environnement, l'unité 25 est agencée pour produire un signal d'autorisation qui fournit des signaux aux portes 46,47. Ainsi la porte 46 ne fonctionne plus, tandis que la porte 47 commence maintenant à fonctionner pour fournir un signal d'entrée à la porte OU 45 du fait naturellement que la porte 44 fonctionne encore. Ainsi, le solénoïde 37 est maintenant désexcité et le solénoïde 36 est actionné de façon que le piston 28 déplace lentement l'organe d'actionnement du clapet 14 pour dévier une partie des produits d'échappement à travers le tube 12, le reste continuant à circuler à travers le tube 11. Lorsque l'organe d'actionnement du clapet 14 est déplacé par le piston 28, un point est atteint où assez de produits d'échappement a été dévié à travers le tube 12 pour que l'un ou chacun des deux catalyseurs dans les chambres 18,19 ait atteint sa température minimale efficace de fonctionnement. Dans ce cas, l'un ou les deux détecteurs 26,27 fournissent un signal d'entrée vers la porte NON-OU 44 qui de ce fait cesse de fonctionner, amenant ainsi les portes 47,45 à cesser de fonctionner et la désexcitation du solénoSde 36. Le piston 28 reste alors dans sa position intermédiaire jusqu'à ce que le signal d'autorisation provenant de l'unité 25 soit retiré, temps pendant lequel l'usage inutile des catalyseurs est maintenu à un minimum, mais les catalyseurs sont gardés à leurs températures requises de fonctionnement. Naturellement, lorsque le signal d'autorisation est retiré, la porte NON-OU 46 se remet à fonctionner de façon que le solénoïde 37 soit à nouveau excité et que tous les produits d'échap- pement circulent à travers le tube 11. Si à un moment quelconque la teneur en agents polluants des produits d'échappement devient assez élevée pour que la température de l'un des catalyseurs devienne suffisante pour amener son détec- teur associé, 22, ou 23, à produire un signal de sortie, on voit que la porte OU 43 fonctionne immédiatement. Ceci est le résultat premièrement de 1'excitation du solénoïde 41 pour enlever la retenue dans le conduit 38 et deuxièmement du fonctionnement de la porte OU 45 pour engendrer le fonctionnement du solénoïde 36. Donc si la teneur en agents polluants devient très élevée, le plongeur 28 se déplace rapidement vers sa seconde position extrme, ce par quoi le clapet 14 dévie tous les produits d'échappement à travers le tube 12 de façon à éviter d'endommager les catalyseurs. Revenant à l'unité de commande 25, on voit d'après la figure 4, que celle-ci comprend une matrice de diodes 51 comprenant huit premières lignes d'entrée 52a à 52h et huit groupes de secondes lignes d'entrée 53a à 53h, chacure des lignes 52a à 52h croisant chacun des groupes de lignes 53a à 53h. Les premières lignes d'entrée sont associées à un premier transducteur (non représenté) qui, en fonctionnement produit un signal électrique représentant un premier paramètre du moteur, le signal électrique étant sous la forme d'un mot binaire à trois bits, l'agencement étant tel que l'une des lignes 52a à 52h est excitée par chacune des huit combinaisons possibles pour ce mot. Le premier paramètre de moteur est choisi parmi les suivants : angle d'étranglement, couple, vitesse du véhicule ou du moteur, circulation globale de l'air dans la tubulure et dépression dans la tubulure, et de préférence l'angle d'étranglement De Dlus, bien ouedans l'exemple représenté chaque groupe de lignes 53 contienne 5 lignes, on comprend qu'il puisse y en avoir plus, ou moins, dans chacun des groupes. L'unité 25 comprend également un dispositif 54 de commutation, huit groupes respectifs de commutateurs 54a à 54h qui sont respectivement connectés aux lignes 53a à 53h et respectivement à un autre groupe de lignes 55a a 55h. Les lignes 55a à 55h sont associées avec un second transducteur (non représenté) qui, lors du fonctionnement, produit un signal électrique représentant un second desdits paramètres du moteur, de préférence la vitesse du moteur, le signal étant sous la forme d'un mot binaire à 3 bits qui excite une des lignes 55a a 55h. L'agencement est tel que lorsqu'un signal apparatt par exemple sur la ligne 55a, les commutateurs 54a relient les lignes 53a a cinq lignes de sortie 56 couplées à un décodeur 57. De plus les lignes 52,53 sont interconnectées par des diodes, représen- tées par des points dans la figure 1, les connexions de diodes entre chaque ligne 52 et chaque groupe de lignes 53 étant déterminées par un essai du moteur concerné de sorte que le signal requis soit obtenu au décodeur 57 pour toutes les valeurs des premier et second paramètres du moteur. La sortie du décodeur 57 est naturellement utilisée pour commander le fonctionnement du mécanisme d'alimentation de carburant 58 du moteur. De plus, cependant, le décodeur est agencé de façon à fournir un signal d'autorisation vers le circuit logique représenté dans la figure 3 lorsque certains signaux préé- tablis apparaissent sur les lignes 56, ces signaux naturellement correspondant aux conditions de fonctionnement du moteur dans lesquelles la teneur en agents polluants des produits d'échappement n'est pas nocive pour l'environnement. REVENDICATIONS 1). Dispositif utilisable pour réduire la teneur en agents s polluants des produits d'échappement d'un moteur à combustion interne, caractérise par le fait qu'il comprend un réacteur à travers lequel, lors du fonctionnement, les produits d'échappement du moteur peuvent passer, un catalyseur dans le réacteur agencé de façon que les produits d'échappement circulant à travers le réacteur passent sur le catalyseur, ce qui a pour effet de faire réagir2ie catalyseur les agents polluants se trouvant dans les produits d'échappement, de façon que la teneur en agents polluants des produits d'échappement soit réduite, une dérivation à travers laquelle la circulation des produits d'échappement peuvent tre déviés dans des conditions extrmes où la teneur en agents polluants des produits d'échappement dépassent une valeur prédéterminée telle que le flux des produits d'échappement à travers le réacteur puisse avoir pour effet d'endommager le catalyseur, et un clapet actionnable pour commander le flux de produits d'échappement vers ledit réacteur et vers ladite dérivation, le clapet étant agencé de telle façon qu'au cours du fonctionnement lorsque la teneur en agents polluants des produits d'échappement est inférieure à ladite valeur prédéterminée à laquelle les produits d'échappement circulent à travers ledit réacteur, une proportion des produits d'échappement puisse 8tre déviée à travers la dérivation. 2). Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend un détecteur dans le réacteur pour mesurer la température du catalyseur, le clapet étant commandé en fonction de la température mesurée par le détecteur. 3). Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'il comprend un autre réacteur à travers lequel les produits d'échappement peuvent passer, ledit autre réacteur étant muni d'un autre catalyseur agencé de façon à éliminer des agents polluants se trouvant dans les produits d'échappement différents de ceux éliminés par le premier catalyseur cité. 4). Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'un autre détecteur mesure la température de l'autre catalyseur le clapet étant également commandé en fonction de la température mesurée par ledit autre détecteur. 5). Dispositif selon l'une quelconque des revendications pré cédentesfcaractérisé par le fait qu'un moyen de commande est associé au clapet et, en fonctionnement, lorsque la teneur en agents pollu ants des produits d'échappement est inférieure à ladite valeur prédéterminée, il commande le fonctionnement du clapet de telle manière que la proportion de produits d'échappement qui est déviée à un moment quelconque à travers la dérivation dépende des conditions de fonctionnement du moteur. 6). Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le moyen de commande est agencé de telle façon que la proportion de produits d'échappement qui est déviée par la dérivation, lorsque la teneur en agents polluants est inférieure à ladite valeur prédéterminée, dépende d'une ou plusieurs des conditions de fonctionnement du moteur, comprenant l'angle d'étranglement, le couple, la vitesse du véhicule ou du moteur, la circulation globale de l'air dans la tubulure, et la dépression dans la tubulure. 7). Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la proportion de produits d'échappement qui est déviée à travers la dérivation, lorsque la teneur en agents polluants est inférieure à ladite valeur prédéterminée dépend de la vitesse du moteur et de l'angle d'étranglement. 8). Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé par le fait que le moyen de commande est agencé de telle façon que, lorsqu'une partie des produits d'échappement est déviée à travers la dérivation, la quantité de produits d'échappement passant à travers le ou chacun des réacteurs est suffisante pour maintenir son catalyseur à la température de fonctionnement requise.