Brevet FR2608677A1 — publié le 19880624

--1 -- La présente invention concerne un dispositif et un procédé pour amorcer rapidement un catalyseur d'oxydation pour un moteur deux temps comportant au moins un cylindre. Le dispositif suivant -l'invention utilise une séparation, dans la direction axiale du cylindre, de la (ou des) lumière et conduit d'échappement, pour sélectionner deux sorties de gaz d'échappement qui au moins pendant certaines périodes ou phases de fonctionnement du moteur sont de composition et/ou température différentes. La sortie dont la température est la plus élevée peut être reliée en permanence au catalyseur d'oxydation. L'autre sortie, dont la température des gaz est inférieure, peut être, soit reliée directement au catalyseur, soit reliée à la tubulure d'échappement en aval du catalyseur, suivant respectivement que le catalyseur est amorcé ou non. Par catalyseur amorcé, on entend que le catalyseur a atteint une température assez élevée pour être suffisamment actif. Ainsi, la présente invention concerne un moteur à deux temps comportant au moins une culasse, un cylindre et un pot catalytique, ledit pot comportant un catalyseur pour le traitement de gaz d'échappement, ledit cylindre comportant au moins deux ouvertures ou lumières d'échappement décalées l'une par rapport à l'autre suivant la direction axiale dudit cylindre. -2- Le dispositif selon l'invention comporte en combinaison: une première canalisation reliant celle desdites lumières qui est la plus proche de la culasse, ou première lumière à un point en amont dudit catalyseur, une deuxième canalisation reliant l'autre lumière à l'amont dudit catalyseur, une canalisation de dérivation reliant un point de ladite deuxième canalisation à un point en aval dudit catalyseur et un organe de distribution positionné à la jonction de la canalisation de dérivation avec la deuxième canalisation, ledit organe de distribution étant adapté à distribuer le gaz provenant de ladite deuxième lumière en amont et en aval dudit catalyseur. Le moteur selon l'invention pourra comporter des moyens de commande dudit organe de distribution. Selon la présente invention, les moyens de commande pourront être pilotes par des moyens de détection du niveau de température dudit catalyseur. On ne sortira pas du cadre de la présente invention si l'une au moins desdites première et deuxième canalisations d'échappement comporte des moyens de restriction de sa section de passage. De même, on ne sortira pas du cadre de la présente invention si la première canalisation comporte des moyens d'obturation périodique asservis à la vitesse de rotation du moteur. Ces moyens pourront comporter un boisseau tournant. L'invention concerne également un procédé d'amorcage rapide d'un catalyseur contenu dans un pot catalytique d'un moteur deux temps, selon laquelle on transfère la fraction la plus chaude des gaz d'échappement en amont dudit catalyseur et on transfère en aval dudit catalyseur la fraction restante des gaz d'échappement et cela tant que ledit catalyseur n'est pas amorcé. L'armorçage du catalyseur pourra être déterminé en détectant une grandeur Liée à La température dudit catalyseur. Les avantages et Les caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans La suite de La description, donnée à titre d'exempLe non Limitatif, en se référant aux figures annexées parmi LesqueLLes: - La figure 1 montre schématiquement et en coupe un moteur deux temps équipé d'un pot catalytique d'oxydation et du dispositif suivant l'invention, les figures 2 et 3 illustrent le fonctionnement du moteur et du dispositif suivant l'invention. La figure 1 est une représentation schématique d'un cylindre de moteur deux temps à allumage commandé équipé d'un pot catalytique d'oxydation et du dispositif suivant l'invention. La référence 1 désigne le cylindre fermé à sa partie supérieure par la culasse 2. Dans le cylindre se déplace le piston 3. La référence 31 désigne la bougie d'allumage du cylindre 1. Ce cylindre comporte deux lumières d'échappement 4 et 5 situées à des cotes différentes en considérant l'axe du cylindre. Ainsi, l'une de ces lumières, qui sera qualifiée de première lumière d'échappement 4, sera plus proche de la culasse 2 que l'autre, qui sera qualifiée de deuxième lumière d'échappement 5. Sur la figure 1, ces deux lumières sont séparées par une cloison 6. La référence 16 désigne un pot catalytique contenant un catalyseur 9. La référence 7 désigne une première tubulure ou canalisation d'échap- pement mettant en communication la première lumière d'échappement 4 -4- avec une entrée 17 du pot catalytique en amont du catalyseur 9. La référence 8 désigne une deuxième tubulure ou canalisation d'échappement reliant la deuxième lumière d'échappement 5 à une entrée 18 du pot catalytique en amont du catalyseur 9. On ne sortira pas du cadre de la présente invention si la première et la deuxième tubulures d'échappement se rejoignent avant de déboucher dans le pot catalytique 16 comme cela est représenté en-pointillé sur la figure 2. La référence 10 désigne une tubulure ou canalisation de dérivation dont l'une des extrémités se raccorde sur la deuxième tubulure d'échappement 8 formant un piquage. L'autre extrémité de la canali- sation 10 peut se raccorder en aval du catalyseur 9 comme cela est représenté à la figure 1. Sur cette figure, la tubulure de dérivation se raccorde en 19 sur une tubulure 13 provenant du pot catalytique 16 en aval du catalyseur. En tous cas, cette autre extrémité de la canalisation ne se raccorde pas en amont du catalyseur 9. La tubulure de dérivation partage la deuxième tubulure d'échappement 8 en deux portions, l'une 20 comprise entre la deuxième lumière d'échappement 5 et l'endroit 21 de raccordement de la tubulure de dérivation 10, l'autre 11 étant comprise entre cet endroit de raccordement 21 et l'entrée 18 du pot catalytique.. La référence 12 désigne un organe de répartition des gaz provenant de la deuxième lumière d'échappement 5, cette répartition s'effectuant par l'intermédiaire de la première portion 20 de la deuxième tubulure d'échappement 8. Dans le cas de la figure 1, cet organe est un volet 12. Ce volet permet, soit de faire passer le gaz d'échappement provenant de la portion de tubulure 20 dans le catalyseur, soit de ne pas l'y faire passer, c'est la portion 11 de la deuxième canalisation d'échappement 8 qui permet de faire passer ces gaz d'échappement dans le catalyseur 9. -5 Sur La figure 1, le volet 12 est articulé sur un axe 22, et est solidaire d'une tige de commande 23 qui peut être placée dans son prolongement. Cette tige 23 est reliée à un bras 24 articulé autour d'un axe 25 par une pièce intermédiaire d'articulation 26. Le bras articulé 24 est commandé par l'intermédiaire d'un détecteur 27 permettant de déterminer si le catalyseur est amorcé ou non. Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, ce détecteur est un détecteur de température. Ce détecteur de température peut être de tout type connu, notamment, à bilame, à réserve de cire, ou électronique etc. Dans le cas des figures 2 et 3, le détecteur comporte un capteur de température dont le signal est transmis à un boitier de commande 29 qui agit directement sur la tige 23 de commande du volet 12. Le déplacement du piston 3 permet une mise en communication entre le cylindre 1 et les tubulures d'échappement 7 et 8 à travers, respectivement, les deux étages 4 et 5 de la (ou des) lumière d'échappement, séparés par une cloison 6. Ainsi, la première tubulure est directement reliée à un pot catalytique d'oxydation 9. La deuxième tubulure 8 se divise en deux parties 10 et 11 pouvant être alternativement obturées suivant la position du volet 12. La première portion 20 de la tubulure 8 peut donc être, soit directement reliée à la tubulure 13 en aval du catalyseur 9 à travers la tubulure de dérivation 10, soit moins directement à travers la deuxième portion 11 de la tubulure d'échappement 8 et le catalyseur d'oxydation 9, suivant la position qu'occupe le volet 12. Le fonctionnement du moteur équipé du dispositif de la figure 1 est décrit ci-après en se référant aux figures 2 et 3. - 6 - Au départ, le catalyseur n'est pas amorcé, parce qu'à froid le volet 12 obture la deuxième portion 11 de la deuxième tubulure ou conduite d'échappement 8. Dans la suite de la description on considérera un cycle complet de fonctionnement d'un cylindre du moteur en se référant à la course du piston 3. Sur la figure 2, le piston 3, qui est dans la phase de détente, découvre la première lumière d'échappement 4, laissant échapper les gaz brûlés, auparavant enfermés sous pression dans le cylindre, dans la tubulure d'échappement 7. La cloison ou séparation 6 peut ne pas être en contact avec le piston 3 et seulement s'en approcher au plus près pour minimiser les fuites lorsqu'elle est masquée par le piston. Un tel montage permet d'équiper des moteurs déjà existants du perfectionnement selon la présente invention par l'obtention de deux lumières 4 et 5 décalées selon la direction définie par l'axe du cylindre. Le niveau de cette séparation 6 pourra être préférentiellement choisi au niveau de l'ouverture de transfert 14, par exemple. La tubulure 7 est donc alimentée en gaz brûlés très chauds, tandis que la tubulure n'est pas alimentée. Sur la figure 3, tous les orifices du cylindre sont ouverts, les deux lumières d'échappement 4 et 5, ainsi que la lumière 14 d'admission, qui peut être une lumière de transfert 14 reliée au carter 15 du moteur. Dans ce cas, le contenu du cylindre 1 est balayé par les gaz frais venant du carter 15 à travers la lumière 14. La présente invention est applicable même si les gaz frais proviennent partiellement ou totalement d'une soupape, que le moteur soit ou non du type à carter- pompe. - 7 - La tubulure 7 continue à être alimentée essentiellement en gaz brûlés, lesquels alimentent également, mais dans une bien moindre mesure, la deuxième tubulure 8 dont la lumière 5 a été ouverte beaucoup plus tardivement. Les lumières d'échappement étant grandes ouvertes, une partie des gaz frais s'échappe aussi dans les tubulures 7 et 8. L'absence de catalyseur dans le circuit formé par la première portion 20 de la tubulure 8 et la tubulure de dérivation 10 peut le rendre plus perméable, ce qui est plutôt favorable pour la mise en température rapide du catalyseur. On pourra de même favoriser la circulation dans l'une ou l'autre des deux tubulures d'échappement 7 et 8, en leur attribuant des pertes de charge différentes par divers moyens, tels au moins une restriction, un papillon, ou des diamètres de tubulure différents, etc. Lorsque la remontée du piston 3 se produit, celui-ci obture d'abord la deuxième lumière d'échappement, ou lumière inférieure 5, puis la première lumière d'échappement 4, ou lumière supérieure. Les termes de supérieure et d'inférieure sont à considérer en supposant la culasse 2 comme étant le haut du moteur et le carter 15 comme le bas du moteur. Dans les moteurs 2 temps à introduction plus ou moins retardée du carburant par rapport à l'air, le "court-circuitage" du carburant à l'échappement se produit peu avant la fermeture des orifices d'échappement. Ainsi dans ce cas, le carburant "court-circuité" alimentera donc préférentiellement la tubulure 7. Par "court- circuitage" ou "court-circuité", on entend qu'une partie du carburant passe directement à l'échappement, sans avoir participé à la combustion dans le cylindre et cela avant que celle-ci n'ait eu lieu. Au moment de la fermeture d'échappement et avant le début d'un nouveau cycle de balayage, les compositions en gaz brûles et frais des tubulures 7 et 8 seront donc différentes grâce au dispositif selon l'invention. En effet, la tubulure 7 pourra contenir proportion- nellement beaucoup plus de gaz brûlés et moins de gaz frais (avec éventuellement plus de carburant "court-circuité") que la tubulure 8. La température globale des gaz dans la tubulure 7 sera donc nettement supérieure à celle de ceux de la tubulure 8. Cette température plus élevée sera utilisée pour permettre l'amorçage rapide du catalyseur 9. Ensuite, lorsque la température du catalyseur 9 atteint un niveau suffisant pour une conversion correcte des polluants émis par le cylindre, la position du volet 12 est changée, pour cette fois, mettre en communication la première portion 20 de la deuxième tubulure d'échappement 8, celle-ci acheminera entre autre une fraction de gaz frais et d'oxygène qui sont nécessaires à une conversion complète des polluants, dans le catalyseur 9. Sur la figure 1, le volet 12 est commandé par l'intermédiaire de détecteurs de température 27 et de l'ensemble des moyens de déplacement 24, 26 et 23. Dans les figures 2 et 3, le déplacement du volet 12 est réalisé par des moyens de commande 29 reliés à un détecteur de température 28. Dans l'exemDle précédent, la première tubulure d'échappement reliait directement la première lumière d'échappement 4 au pot 16. Selon un mode particulier de réalisation, la tubulure d'échappement 7 pourra comporter un organe d'obturation périodique, tel un boisseau tournant 30, entrainé en rotation à une vitesse égale ou multiple de la vitesse de rotation du moteur. Ce boisseau est dimensionné et cale pour que la canalisation 7 ne soit ouverte que pendant une période correspondant à la présence de gaz chaud dans le cylindre. - 9 - Ainsi, à titre d'exemple, il est possible de caler ce boisseau pour que la première tubulure d'échappement soit ouverte lorsque le piston 3 découvre la première lumière 4 et tant que la lumière d'admission 14 n'est pas ouverte. Ainsi, il est certain que les gaz frais et froids ne passeront pas par le catalyseur. On ne sortira pas du cadre de la présente invention en remplaçant le détecteur de température 27 ou 28 par d'autres moyens permettant de déterminer si le catalyseur est amorcé ou non. De plus, il est possible selon la présente invention que le volet de répartition 12 occupe progressivement des positions intermédiaires au fur et à mesure que la température du catalyseur évolue. Il est bien évident que l'on ne sortira pas du cadre de la présente invention si le moteur comporte plusieurs cylindres avec un ou plusieurs pots catalytiques. Dans ce cas, on pourra équiper un ou plusieurs cylindres du dispositif selon la présente invention. Le nombre de cylindres équipés du dispositif selon l'invention pourra être déterminé en fonction du délai souhaité d'amorçage du catalyseur. - 10 - R E V E N D I CA T I 0 N S 1. - Moteur à deux temps comportant au moins une culasse, un cylindre et un pot catalytique, ledit pot comportant un catalyseur pour le traitement de gaz d'échappement, ledit cylindre comportant au moins deux ouvertures ou lumières d'échappement décalées l'une par rapport à l'autre suivant la direction axiale dudit cylindre, caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison: une première canalisation (7) reliant celle desdites lumières qui est la plus proche de la culasse, ou première lumière (4), à un point en amont dudit catalyseur (9), une deuxième canalisation (8) reliant l'autre lumière (5) à l'amont dudit catalyseur (9), une canalisation de dérivation (10) reliant un point de ladite deuxième canalisation (8) à un point en aval dudit catalyseur et un organe de distribution (12) positionné à la jonction de la canalisation de dérivation (10) avec la deuxième canalisation (8), ledit organe de distribution (12) étant adapté à distribuer le gaz provenant de ladite deuxième lumière (5) en amont et en aval dudit catalyseur. 2. - Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de commande (29) dudit organe de distribution (12). 3. - Moteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande sont pilotés par des moyens de détection (27) du niveau de température dudit catalyseur (9). 4. - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'une au moins desdites première et deuxième canalisations d'échappement comporte des moyens de restriction de sa section de passage. 5. - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la première canalisation comporte un moyen d'obturation périodique asservi à la vitesse de rotation du moteur. - 11 - 6. - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit organe d'obturation périodique est un boisseau tournant. 7. - Procédé d'amorçage rapide d'un catalyseur contenu dans un pot catalytique d'un moteur deux temps, caractérisé en ce que l'on transfère la fraction la plus chaude des gaz d'échappement en amont dudit catalyseur et en ce que l'on transfère en aval dudit catalyseur la fraction restante des gaz d'échappement, et cela tant que ledit catalyseur n'est pas amorcé. 8. - Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'on détermine l'amorçage du catalyseur en détectant une grandeur liée à la température dudit catalyseur.