Brevet FR2650860A1 — publié le 19910215

La présente invention est relative à un circuit d'échappement d'un moteur à combustion interne équipé d'un turbo-compresseur de suralimentation de la pression d'admisslon. Elle concerne plus particulièrement un circuit du type comportant un conduit qui relie le collecteur dêchappement du moteur à la turbine du turbo-compresseur et une ligne d'échappement reliée à la sortie de la turbine et dans laquelle est implante au moins un dispositif de dépollution des gaz d'échappement. Le dispositif de dépollution appelé pot catalvtioue permettant de réduire de manière satisfaisante les émissions nocives des moteurs à combustion interne ne fonctionne correctement sue si le flux de gaz d'échappement qui v Pénètre est à une température relativement importante de l'ordre d'environ 600 C. Dans le cas d'un moteur suralimenté à l'aide d'un turbo-comPressellrt le flux d'échappement, avant de Pénétrer dans le Pot catalvtioue. doit échauffer les différentes tubulures et notamment le collecteur d'échappement et le conduit sui le relie à la turbine échauffer le corPs de turbine du turbocompresseur. et assurer la rotation du turbocompresseur opérations au cours desquelles il perd une grande Partie de son énergie avant de sortir de la turbine pour Pénétrer dans la ligne d'échappement et dans le pot catalytique. Ti re.slzlt, de ce trajet que la température du flux des aaz d'échappement à l'entrée du pot catalvtioue est nettement inférieure à celle existant à la sortie du moteur. On sait par ailleurs que la législation sur la réduction des émissions nocives nécessite des essais particuliers ("urban test") oui sont menés avec un moteur dit "froid", c'est-à-dire sui n'a pas encore pris sa température normale de fonctionnement, cet essai correspondant à une Phase de démarrage du véhicule après une Période d'immobilisation Drolonèe. Du fait du démarrage à froid. on constate aue les gaz d'échappement qui pénètrent dans le pot catalvtioue sont A ine. tempp.rsture nettement inférieure à la température minimale de fonctionnement correct du pot catalvtioue. Afin de remédier A ret inconvénient et de réduire de manière satisfaisante les émissions nocives lors des Phases de fonctionnement à froid du moteur de combustion interne. l'invention propose un circuit d'échappement du type mentionne. plus haut, caractérisé en ce qu'il comporte une valve de dérivation d'au moins une partie du flux de gaz d'échappement qui est implantée dans ledit conduit et dont la sortie de dérivation est reliée à la ligne d'échappement en amont du dispositif de dépollution et des moyens de commandé de l'ouverture de la valve de dérivation en fonction d'un paramètre représentatif de la température de fonctionnement du moteur. L'invention trouve tout particulièrement son application à moindre coût dans le cas d'un circuit d'echappement comportant une va Le de régulation de la pression de suralimentation du turbo-compresseur. En effet, en particulier pour les véhicules de tourisme pour lesquels on souhaite réduire au minimum le retard à la réponse du turbo-compresseur, il est connu de dériver le flux des gaz d'échappement de la turbine dès qu'une pression de suralimentation considérée comme limite est atteinte. Cet agencement permet d'adaPter le turbo-compresseur Pour les cas de fonctionnement des moteurs à faibles vitesses et faibles charges, les .sllrpressions excessives à grandes vitesses et fortes r.harges etant évitées grâce à la valve de dérivation. Cette valve de dérivation appelée couramment "wastegate" comporte un organe de fermeture de valve qui coopère avec un siège de valve contre lequel il est sollicite en appui au moyen d'un ressort et qui comporte une tige- de commande de valve reliée à un piston de commande de l'ouverture qui est recu dans une chambre de commande reliée au collecteur d'admission ou au collecteur d'échappement du moteur. Lorsqu'une surpression de suralimentation est détectée. l'élément de fermeture de valve se soulève de son siège et le flux des gaz d'echaPpement se partage en deux Parties l'une aui traverse la turbine et l'autre qui pénètre directement dans la ligne d'échappe- mente Dans le cas d'un circuit d'échappement comportant une valve de régulation de la pression de suralimentation, les moyens de commande de l'ouverture de la valve de dérivation en fonction de la température de fonctionnement du moteur Peuvent être reliés à la tige de commande de valve ou à la chambre de commande. L'ouverture de la valve de dérivation peut être commandée pour une valeur du paramètre représentatif de la température du moteur inférieure à une valeur de seuil Prédéterminé ou variable, Par exemple en fonction de l'efficacité du dispositif de dépollution. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se redorera au dessin annexé dont la figure unique represente un circuit d'échappement selon 1 invention. On a représenté sur la figure un moteur à combustion interne 10 avec son collecteur d'admission 12 et son collecteur d'echappement 14. Le collecteur d'échappement 14 est reiié à la turbine 16 d'un turbo-compresseur 18 au moyen d'un conduit 20 dans lequel circule le flux des gaz d'échap pement. La sortie 21 de la turbine 16 est reliée à une ligne d'échappement 22 dans laquelle est implanté un pot catalytique à trois voies 24 muni de sa sonde Lambda 26. La ligne d'échappement 22 se prolonge audelà du pot catalytique 24 par exemple au moyen d'un dispositif formant silencieux, non représenté. Le turbo-compresseur 18 comporte un compresseur 28 dont la roue 30 est liée en-rotation à celle de la turbine 16. L'air frais d'admission du moteur 10 pénètre 'par I'entrée 32 du compresseur, puis l'air comprime circule à travers une conduite 34 dans un dispositif de refroidissement 36 puis pénètre -dans le collecteur d'admission 12. Le circuit d'échappement représenté sur la figure comporte une valve 40 de dérivation du flux des gaz d'chappement qui circule dans le conduit 20. La première fonction de cette valve de dérivation est une fonction de régulation de la pression de suralimentation du turbo-compresseur 18. A cet effet la valve comprend un boîtier 42 dans lequel est montee coulissante une tige de valve 44 qui porte un élément de fermeture de valve 46 qui coopère avec un siège de valve 48 schématisé sur la figure comme appartenant au conduit 20. L'élément de fermeture de valve 46 est normalement sollicite en position de fermeture en appui sur ie siège de valve 48 par un ressort 50 qui prend appui d'une part sur un plateau de reglage 52 et d'autre part sur une plaque 54 fixée à I'estrémité interne de la tige 44. Le plateau 52 est en appui contre le boîtier 42 par I'intermediaire d'une vis 55 de tarage de la pression de suralimentation. La plaque 54 fait Partie d'un piston de commande de la tige 44 qui comporte éRalement une membrane souple 56 fixée au boîtier 42 dans lequel elle délimite une chambre de commande 58 reliée par un tuyau 60 à la conduite d'admission 34 afin d'alimenter la chambre 58 en air comPrimé. La valve 40 est représentée en position ouverte dans laquelle une Partie du flux des gaz d'echappement Peut sortir Par la sortie de dérivation 62 de la valve dans une conduite de dérivation 64 dont l'extrémité 66 débouche dans la ligne d'échappement 22 en aval de la sortie 20 de la turbine 16 et en amont du pot catalytique 24. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure, la tige de valve 44 se prolonge à 1-extérieur du boîtier 42 à travers le conduit 20 de façon à pouvoir être commandée par un dispositif de commande 70. Conformément à l'invention le dispositif de commande 70 a pour but de provoquer l'ouverture de la valve de dérivation 40 tant que la température des gaz d'échappement est inférieure à une valeur de seuil prédéterminée. A cet effet le dispositif 70 peut être commandé en fonction soit directement de la température des gaz d'echappement, soit en fonction de tout autre paramètre représentatif de la température de fonctionnement du moteur tel que par exemple la température du circuit d'eau de refroidissement du moteur. Le dispositif de commande 70 peut par exemPle être un électro-aimant ou tout autre dispositif équivalent agissant directement sur la tige de valve 44. Selon une autre conception, non représen tée, il est également possible d'agir sur la chambre de commande 58 de la valve 40 en y fournissant une pression, directement ou indirectement, représentative du paramètre de commande de l'ouverture de la valve 40 en fonction de la température du moteur. Lorsque le dispositif 70 - provoque l'ouver ture de la valve de dérivation 40. on constate que tout ou partie du flux des gaz d'échappement circule directement du collecteur d'échappement 14 dans la ligne d'échappement 22 vers le Pot catalvtique 24 sans traverser la turbine 16 et donc sans se refroidir excessivement avant de pénétrer dans le dispositif de dépollution. Le circuit d'échappement vient d'être décrit dans le cas où la valve de dérivation est une valve de régulation de la Pression de suralimentation pilotée en fonction de la Pression d'admission, mais l'invention s'applique bien entendu également au cas où la valve de régulation est Pilotée en fonction de la pression des raz d'échaPPement. L'invention n'est pas non plus limitée au' cas où le circuit d'échappement comporte une "wastegate". une valve de dérivation pouvant être prévue au seul effet visé par l'invention c'est-à-dire résoudre les problèmes de dépollution lors des phases de fonctionnement à froid, la régulation de la pression de suralimentation pouvant ne pas exister, ou être assurée par des moyens autres qu'une valve de dérivation. Dans le cas où la valve de dérivation 40 assure les deux fonctions de régulation de la pression de suralimentation et d'amélioration des performances de dépollution. on constate su'il n'v a pas Par Principe interférence entre les deux types de fonctionnement puisqu'il ne se produit lamais d'excès de la pression de suralimentation lors des Phases de fonctionnement à froid à faibles vitesses et/ou à faibles charges. L'invention trouve son application aussi bien pour les moteurs à essence que Pour les moteurs diesel. REVENICATIONS 1. Circuit d'échappement d'un moteur à combustion interne (10) équipé d'un turbo-compresseur (18) de suralimentation de la pression d'admission, du type comportant un conduit (20) qui relie le collecteur d'écha'ppement (14) du moteur (10) à la turbine (16) du turbo-compresseur (18) et une ligne d'échappement (22) reliée à la sortie (20) de la turbine (16) et dans laquelle est implanté au moins un dispositif (24) de dépollution des gaz d'échappement, caractérisé en ce qu'il comporte une valve (40) de dérivation d'au moins une partie du flux des gaz d'échappement qui est implantée dans ledit conduit (20) et dont la sortie de dérivation (44) est reliée à la ligne d'échappement (22) en amont (66) du dispositif de dépollution (24) et des moyens (70) de commande de l'ouverture de la valve de dérivation (40) en fonction d'un paramètre représentatif de la température de fonctionnement du moteur (10). 2. Circuit d'échappement selon la revendication 1. caractérisé en ce sue la valve de dérivation (40) est une valve de régulation de la pression de suralimentation du turbo-compresseur (18) du type comportant un organe de fermeture de valve (46) qui coopère avec un siège de valve (48) contre lequel il est sollicité en appui au moyen d'un ressort (50) et qui comporte une tige de commande de valve (44) reliée à un piston (54. 56) de commande de l'ouverture qui délimite une chambre de commande (58) reliée au collecteur d'admission (12) ou au collecteur d'échappement (14) du moteur (10). 3. Circuit d'échappement selon la revendication 2, caractérisé en ce Que lesdits moyens de commande (70) de l'ouverture de la valve de dérivation en fonction de la température de fonctionnement du moteur sont reliés à la tige de commande de valve (44). 4. Circuit d'échappement selon la revendication 2, caractérisé en ce sue lesdits moyens de commande de l'ouverture de la valve de dérivation (40) en fonction de la température de fonctionnement du moteur sont reliés à ladite chambre de commande (58). 5. Circuit d'échappement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que l'ouverture de la valve de dérivation (40) est commandée pour une valeur du paramètre inférieure à une valeur de seuil prédéterminée ou variable.