Brevet FR2483515A1 — publié le 19811204

Dispositif antipollution pour moteur à combustion interne à turbocompresseup Un des problèmes essentiels rencontrés lors de la mise au point des véhicules à moteur à combustion interne suralimenté par turbocompresseur et à dépollution sévère réside dans la mise en action des organes antipollution (pot catalytique, sonde à oxygène, entre autres)0 En effet, la majeure partie des émissions de gaz polluants se produit dans ce qu'il est convenu d'appeler la phase froide du cycle antipollution, et plus particulièrement durant la première minute de cette phase Cela est dû au fait que les organes qui contribuent a la ùon- pollution du moteur ne fonctionnent correctement que lors- quels ont atteint une température suffisante et que durant leur période d'échauffement ils ne remplissent que peu ot pas leurs fonctions Ce phénomène est aggravé lorsque le moteur est suralimenté par un turbocompresseur car, dans ce cas, ces organes sont situés après le turbocompresseur dont l'inertie thermique - non négligeable - pénalise fortement le temps de mise en action globale du système. La présente invention a pour objet d'améliorer la mise en action des organes antipollution dans le cas des moteurs à turbocompresseur, Essentiellement, à cet effet, le dispositif antipollution selon l'invention pour moteur à combustion interne suralimenté par turbocompresseur et comprenant un circuit d'échappement å moyens d'antipollution faisant suite au turbocompresseur et rendus actifs par la chaleur des gaz d'échappement, est caractérisé en ce qu'il comporte dans le circuit d'échappement, en amont desdits moyens d'antipollution, un conduit-de dérivation des gaz d'échappement par rapport au turbocompresseur, et des moyens pour ouvrir cette dérivation et fermer la circulation des gaz au travers du turbocompresseur en phase froide du fonctionnement et inversement en phase chaudes On verra que lesdits moyens d'ouverture et de fermeture qui peuvent n'être qu'un volet peuvent titre placés en amont ou en aval du turbocompresseur, leur tenue thermique et les contraintes d'encombrement ou de rendement aérodynamique de l'échappement étant les facteurs déterminants de la position 'a choisir. En outre, la dérivation précitée des gaz d'échappement peut être mise à profit pour réchauffer une paroi du collecteur d'admission du moteur dans ladite phase froide, et constituer ainsi un facteur de dépollution dans cette phase. Lesdits moyens d'ouverture et de fermeture de ladite dérivation peuvent aussi avantageusement être utilisés comme tels vis-å- vis des circuits d'injection d'air utilisés en relation avec les pots à catalyse faisant suite au turbocompresseur0 Diverses formes de réalisation illustratives de l'invention sont d'ailleurs ci-aprbs décrites, à titre d'exemple, et en référence au dessin annexé, dans lequel - les figures l et 2 sont deux vues schématiques de dispositifs selon l'invention b simple dérivation contr8lée - les figures 3 et 4 sont deux vues schématiques de dispositifs selon l'invention b réchauffage du collecteur d'admission ;; - les figures 5 et 6 sont deux vues schématiques de dispositifs selon l'invention à pot à catalyse à injection d'air perma nente ; - les figures 7 et 8 sont deux vues schématiques de dispositifs selon l'invention à pot à catalyse à injection dair sélec tive : - les figures 9 et 10 sont deux vues schématiques de disposi tifs selon l'invention à pot à catalyse à double injection d'air sélective et permanente - les figures Il à 13 sont des vues de détail de divers monta ges de conduits de dérivation des gaz d'échappement et d'in- jection d'air ; - la figure 14 est une vue schématique illustrant un mode d'asservissement d'un dispositif selon l'invention. Au dessin, on a désigné par commodité les éléments analogues des diverses figures par les mêmes chiffres de référence, meme lorsqu'ils se présentent sous des conformations différentes par souci de brièveté de la description et pour mieux faire apparaître les similitudes et variantes entre les diverses formes de réalisation décrites. C'est ainsi qu'il est désigné par 1 un moteur à combustion interne, comportant un collecteur d'addmision 2 et un collecteur d'échappement 3 raccorde à un turbocompresseur désigné par s dans son ensemble et dont la turbine 5 est placée dans le eircuit d'échappement normal comportant un pot à catalyse 6 raccordé à la sortie correspondante du turbocompres-seur 4. En parallèle au turbocompresseur 4 est prévue une dérivation des gaz d9échappement assurée par un conduit 7 reliant ici le collecteur d'échappement 3 au pot à catalyse 6, dérivation à lequelle est associé un volet 8 permettant, en phase froide du fonctionnement antipoluttion, d'ouvrir cette dérivation et de fermer simultanément la circulation des gaz d'écappement au travers du turbocompresseur (position en trait plein du volet 8) ou inversement en phase chaude (position en trait mixte du volet 8). La figure t illustre un cas où le volet 8 est disposé en amont du turbocompresseur dans le collecteur d'échappement 3 et coopère avec l'entrée du conduit de dérivation, tandis que la figure 2 illustre un cas où le volet 8 est disposé en aval du turbocompresseur, à l'entrée du pot à catalyse 6, et coopère avec la sortie du conduit 7 de dérivation0 Les figures 3 et 4 illustrent deux cas où le conduit de dérivation est mis à profit pour réchauffer le collecteur d'admission 2 du moteur, à l'effet de réduire les émissions de polluants par le moteur à froid.La figure 3 correspond à un cas où les collecteurs d'admission 2 et d'échappement 3 sont disposés d'un même côtés une chambre 9 étant alors ménagée entre eux que le volet 8 permet d'ouvrir ou fermer par rapport au collecteur d'échappement, le conduit de dérivation 7 étant raccordé à cette chambre 90 La figure 4 correspond à un cas où les collecteurs d'admission 2 et d'échappement 3 sont disposés l'un d'un côté et l'autre de l'autre côté du moteur, le conduit de dérivation 7 étant alors constitué en deux conduits 7a, 7b raccordés à une chambre 10 attenante au collecteur d'admission 2. Les figures 5 et 6 illustrent deux cas d'application avec un pot à catalyse ó à injection d'air permanente, par exemple à catalyseur d'oxydation. Dans cette application le conduit d'injection d'air 11 peut être directement branché sur le conduit de dérivation 7 et pourvu d'un clapet d'admission 12 qui peut etre, soit un simple clapet d'aspiration d'air, soit un clapet anti-retour dans le cas d'utilisation d'une pompe à air non représentée alimentant le conduit ilo La figure 5 correspond au cas d'implantation du volet 8 en amont du turbocompresseur et la figure 6 au cas dimplantation du volet en aval du turbocompresseur, lequel volet n'affecte pas le débit d'injection d'air dans l'une ou l'autre de ses positions. Les figures 7 et 8 illustrent deux cas d'application avec un pot à catalyse ó à injection d'air sélective, par exemple a catalyseur trifonctionnel et sonde à oxygène 13, pour lequel l'injection d'air en amont dudit catalysateur doit être limitée a sa phase d'échauffement, en vue d'améliorer son temps d'amor- çage et de réduire en même temps par oxydation certaines émis siens de gaz polluants. Dans ce cas, l'agencement est tel que le volet 8 contôle dè même manière la dérivation des gaz d'échappement et l'injection d'air. Le figure 7 correspond au cas d'implantation du volet 8 en amont du turbocompresseur, le volet découvrant ou fermant ensemble l'entrée du conduit de dérivation 7 et la sortie du conduit d'injection d'air 11, tandis que la figure 8 correspond au cas d'implantation du volet 8 en aval du turbocompresseur, le volet decouvrant ou fermant ensemble la sortie du conduit de dérivation 7 et la sortie du conduit d'injection d'air 11 Les figures 9 et 10 illustrent deux cas d'application avec un pot à catalyse 6 à sonde a oxygène 13 et à catalyseur trifonc tionnel 6a et d'oxydation 6b, ce dernier nécessitant une injec- tion d'air permanente et l'autre une injection d'air en phase d'échauffement seulement, Â cet effet, le conduit d'injection d'air 11 est divisé en deux branches lia, llb dont la sortie de la première est controAlée par le volet 8 de meme que le conduit de dérivation 7 débouchant en amont du catalyseur trifonctionnel 6a qui est situé en amont dans le pot, et dont la sortie de la seconde branche llb débouche dans l'intervalle du catalyseur trifonctionnel 6a et du catalyseur d'oxydation 6b, et donc en amont de ce dernier, La figure 9 correspond au cas d'implantation du volet 8 en amont du turbocompresseur et la f-igure 10 au cas dimplanta- tion du volet 8 en aval du turbocompresseur, le volet y ayant dans les deux cas, en plus de sa fonction de dérivation des gaz d'échappement, celle de modification du point d'injection d'air dans le pot à catalyse entre l'amont et l'aval du catalyseur trifonctionnel 6a et de la sonde à oxygène 13. La figure 11 illustre un mode de montage côte à côte des conduits de dérivation 7 et d'injection d'air 11 (comme c'est le cas dans les figures 7 à 10), ce montage faisant appel à un serrage concentrique de chaque conduit dans une tubulure de raccordement 14 recevant un raccord tubulaire vissable 15 engagé autour du conduit avec un icone de serrage~16 interposé. La figure 12 illustre un montage concentrique commun des conduits 7 et 11 par un seul raccord tubulaire 17. Mais lorsque l'injection d'air résulte d'un effet d'aspiration, elle peut être ici améliorée par une disposition des conduits 7 et 11 propre à obtenir un effet de trompe pour l'aspiration d'air, telle que l'illustre la figure 13 dans un cas tel que celui de la figure 10, où le conduit de dérivation 7 est alors placé à l'intérieur du conduit d'injection d'air lia et en amont d'un venturi 18 ménagé dans ce dernier. La figure 14 illustre un exemple de commande du volet 8, dans lequel l'actionneur du volet est constitué par une capsule à dépression 19 ayant une liaison articulée en 20 avec un bras de commande 21 du volet, cette capsule étant reliée au col lecteur d'admission 2 du moteur par l'intermédiaire d'une canalisation 22a, 22b sur laquelle est placé un organe de pilotage ici constitué sous forme d'un clapet thermosensible 23 mettant 22a, 22b en communication à partir d'une certaine température d'eau du moteur, mais qui pourrait aussi entre constituée notamment par une électrovanne pilotée par une information électrique provenant d'une sonde de température dans le pot à catalyse ou d'une information électrique émise lors que la sonde à oxygène est utilisée et a atteint sa température de fonctionnement0 Bien entendu d'autres modes d'asservissement du volet, ou de tout autre organe équivalent qui pourrait être notamment un clapet ou une soupape peuvent titre imaginés sans pour autant sortir du domaine de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif antipollution pour moteur à combustion interne suralimenté par turbocompresseur et comprenant un circuit d'échappement à moyens d'antipollution faisant suite au turbocompresseur et rendus actifs par la chaleur des gaz déchappe- ment, caractérisé en ce qu'il comporte dans le circuit d'échap peuvent, en amont desdits moyens d'antipollution (6), un conduit de-dérivation (7) des gaz d'échappement par rapport au turbocompresseur, et des moyens (8) pour ouvrir cette dérivation et fermer la circulation des gaz au travers du turbocompresseur en phase froide du fonctionnement et inversement en phase chaude, 2. Dispositif antipollution selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite dérivation passe par une chambre de réchauffement (9, 10) d'une paroi du collecteur d'admission du moteur. 30 Dispositif antipollution selon lune des revendications précédentes, dans lequel les moyens d'antipollution comprennent un pot à catalyse et un circuit d'injection d'air permanente dans ce dernier, caractérisé en ce que le circuit d'injection d'air (li) est vr--nchd sur ledit conduit de dérivation (7). 4. Dispositif antipollution selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel les moyens d'antipollution comprennent un pot à catalyse et un circuit d'injection d'air pour la phase d'échauffement de ce dernier, caractérisé en ce que lesdits moyens d'ouverture et de fermeture (8) de ladite dérivation servent à contrôler de meme le circuit d'injection d'air (11). 5. Dispositif antipollution selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel les moyens d'antipollution comprennent un pot à catalyse, un circuit d'injection d'air pour la phase d'échauffement sur un catalyseur et un circuit d'injection d'air permanente sur un autre catalyseur, caractérisé en ce que lesdits moyens d'ouverture et de fermeture (8) de ladite dérivation 17) servent à contrôler de meme le circuit d'in- jection d'air (lia) pour la phase d'échauffement. 6. Dispositif antipollution selon l'une des revendications 4 ou 5 caractérisé en ce que le conduit de dérivation (7) et le conduit (11) dudit circuit d'injection d'air contrôlés par lesdits moyens d'ouverture et de fermeture (8) sont. concentriques0 70 Dispositif antipollution selon la revendication 6, caracté- rise en ce que ledit conduit de dérivation (7) est placé à l'intérieur dudit conduit d'injection d'air (lita) et en amont d'un venturi (18) de façon a exercer un effet de trompe dans le conduit d'injection. 8. Dispositif antipollution selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens d'ouverture et de fermeture de ladite dérivation et de la circulation des gaz au travers du turbocompresseur sont constitués par un volet (8) barrant la circulation des gaz dans le turbocompresseur en position d'ouverture de ladite dérivation (7) 90 Dispositif antipollution selon la revendication 8, caracté- risé en ce que le volet (8) est soumis à une commande asservie à un détecteur (13, 23) de phase chaude de fonctionnement.