Brevet FR2715434A1 — publié le 19950728

" Ensemble pour produire un courant d'air frais, servant à augmenter l'action d'un pot catalytique ". L'invention concerne un ensemble servant à pro- duire un courant d'air frais avec une soufflerie qui est reliée du côté sous pression à la conduite d'échappement du moteur à combustion interne d'un véhicule à moteur et dans lequel un clapet anti-retour est disposé entre la souffle- rie et l'embouchure de la conduite d'air frais dans la con- duite d'échappement, dans la conduite d'air frais Etat de la technique: On connaît deux méthodes pour augmenter l'action d'un pot catalytique régulé à trois voies, à savoir le re- tour en arrière des gaz d'échappement et l'admission d'air secondaire. Ces méthodes minimisent la formation d'oxyde de l'azote ou réduisent la teneur en monoxyde de carbone et en hydrocarbures avant que les gaz d'échappement n'arrivent dans le pot catalytique. Dans le cas de l'alimentation en air secondaire, on amène de l'air frais à la pipe d'échap- pement aussi près que possible après le moteur pour élimi- ner les liaisons hydrocarbonées et le monoxyde de carbone qui se sont formés lors du processus de combustion. De cette façon, on réalise une postcombustion des gaz d'échap- pement à des températures se situant au-dessus de 600 C. En outre lors de ce processus de combustion additionnel on amène de la chaleur au pot catalytique. Ceci est particu- lièrement important lors du "démarrage à froid", lors du- quel on marche avec un mélange relativement riche, ce qui a pour conséquence d'augmenter automatiquement les fractions CO- et HC-, dans une mesure plus que proportionnelle. Grâce à l'admission d'air secondaire dans les gaz chauds d'échap- pement, on met pratiquement en route une postcombustion au cours de laquelle le monoxyde de carbone et les hydrocarbu- res font l'objet d'une oxydation subséquente ou d'une post- combustion. Mais l'admission d'air secondaire a encore un autre effet. Le pot catalytique réglé fonctionne normale- ment seulement à partir d'une température de fonctionnement déterminée. Cette phase d'échauffement peut durer un temps assez long pendant lequel le véhicule à moteur parcourt plusieurs kilomètres. La postcombustion grâce à un système d'alimentation d'air secondaire augmente spécialement, dans cette phase d'échauffement, la température des gaz d'échap- pement. Des températures plus élevées font ainsi agir le pot catalytique plus vite sur les gaz. Le pot catalytique peut remplir plus tôt son rôle qui consiste à convertir les matières polluantes. On connaît déjà un tel ensemble (DE- OS 41 15 805), dans le cas duquel on dispose dans la con- duite d'air frais un clapet anti-retour actionné par un ressort, clapet qui doit empêcher un retour des gaz d'échappement dans la zone d'aspiration du moteur à combus- tion interne quand la pression dans la conduite des gaz d'échappement dépasse la pression de refoulement de la soufflante. Dans ce cas, des régimes déterminés peuvent s'établir dans la conduite des gaz d'échappement, régimes qui mènent à un "flottement" du clapet antiretour, de telle sorte qu'on ne peut pas exclure, avec la sécurité exigée, un retour en arrière des gaz d'échappement. Avantages de l'invention: A cet effet, l'invention concerne un ensemble ca- ractérisé en ce qu'une soupape de déclenchement est dispo- sée dans la conduite d'air frais entre le clapet anti- retour et son embouchure dans la conduite d'échappement, soupape de déclenchement dont l'organe de fermeture est mis en position de fermeture par la force d'un élément de res- sort, et en ce qu'elle peut être actionnée à l'encontre de la force du ressort par la pression établie par la souffle- rie en fonctionnement, amenée par une dérivation provenant de la conduite d'air frais, à un organe d'actionnement de l'organe de fermeture. L'ensemble selon l'invention a l'avantage que grâce à la soupape de déclenchement additionnelle, comman- dée en parallèle avec le clapet anti-retour, on évite le retour des gaz d'échappement dans la zone d'aspiration du moteur à combustion interne. Il est particulièrement avantageux que l'organe de fermeture de la soupape de déclenchement soit relié de façon opérationnelle à une membrane constituant l'organe d'actionnement, membrane qui subdivise une chambre de com- mande en une chambre de pression et une chambre de ressort, l'élément de ressort logé dans la chambre de ressort ap- puyant sur la membrane dans le sens de la fermeture de l'organe de fermeture de la soupape de travail, et en outre la chambre de pression étant reliée à la conduite d'air frais par la dérivation. Suivant d'autres caractéristiques de l'invention: - la dérivation est raccordée, entre la souffle- rie et le clapet anti-retour, à la conduite d'air frais; - une roue à aubes appartenant à la soufflerie repose sur l'arbre d'un moteur électrique d'entraînement et est disposée dans une chambre de soufflerie en forme de pot, dont les parois sont reliées à une partie de carter faisant partie du moteur, de préférence d'une seule pièce; - la chambre de soufflerie est fermée par une pièce de recouvrement en forme de couvercle, pièce qui pré- sente le clapet anti-retour, la soupape de déclenchement et la chambre de commande; - la chambre de soufflerie et la chambre de com- mande voisine de celle-ci sont délimitées respectivement par un élément de séparation commun, en forme de plaque, qui présente au moins une interruption reliant ces deux chambres, constituant la dérivation; - le carter de moteur est pourvu d'un orifice d'aspiration pour la soufflerie, et le carter de moteur présente une ouverture de passage conduisant à la chambre de soufflerie pour l'air aspiré; - l'orifice d'aspiration entouré par un ajutage tubulaire est disposé sur le carter de moteur de façon coaxiale, au moins approximativement, par rapport à un aju- tage de pression disposé dans le sens de l'écoulement de l'air frais derrière la soupape de déclenchement sur la pièce de recouvrement. Dessins: La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un mode de réalisation représenté sur les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une représentation de principe du moteur à combustion interne d'un véhicule à moteur avec une arrivée d'air secondaire à travers une conduite secon- daire raccordée au filtre à air, allant à la ligne d'échap- pement, conduite secondaire dans laquelle se trouve un ensemble servant à produire le courant d'air secondaire; - la figure 2 représente l'ensemble selon la fi- gure 1 dans une représentation agrandie, en partie en coupe; - la figure 3 est une représentation de principe de la soufflerie faisant partie de l'ensemble, la souffle- rie étant débranchée, et montre deux soupapes disposées après celle-ci; et - la figure 4 montre la disposition selon la fi- gure 3, la soufflerie étant activée. Description de l'exemple de réalisation: Un moteur à combustion interne, désigné à la fi- gure 1 par la référence 10, d'un véhicule à moteur non re- présenté, présente une pipe d'échappement 12 dans laquelle se trouve un pot catalytique réglé 14. Les gaz d'échappe- ment coulent dans le sens de la flèche 16 indiquée. Dans le sens de l'écoulement des gaz d'échappement, on dispose avant le pot catalytique 14 ce qu'on appelle une sonde lambda 18. En outre, il est prévu un ensemble 20 qui pré- sente une soufflerie reliée par une conduite d'aspiration 22 à l'arrivée d'air frais 24 du moteur à combustion in- terne 20. Pour cela, la conduite d'aspiration 22 est reliée à une entrée d'air du moteur à combustion interne 10. A partir de l'ensemble 20, une conduite sous pression 26 mène à la pipe d'échappement 12. Elle débouche, vu dans le sens de la flèche (flèche 16), avant le pot catalytique 14. L'ensemble 20 présente, en plus de la soufflerie 28 repré- sentée à la figure 2, encore un moteur électrique sans ba- lais 30 tournant à la vitesse maximale, dont on peut voir l'arbre 34, tournant pendant le fonctionnement, pourvu de la roue de soufflante 32 à la figure 2. On va expliquer le montage de l'ensemble 20, dans la suite, à partir de la représentation de la figure 2. Le moteur électrique d'entraînement 30 de l'ensemble 20 est logé dans un carter de moteur 36 qui se transforme en un carter de soufflerie sensiblement en forme de pot 38. Le carter de soufflerie est constitué sous la forme d'une bâ- che spirale dans laquelle se trouve la roue 32 de souf- flante. Le carter de moteur 36 est pourvu, sur sa face tournée à l'opposé du carter de soufflerie 38, d'un ajutage d'aspiration 40 qui présente un orifice d'aspiration 42 pour la soufflerie 28. En outre l'intérieur du carter de moteur 36 est relié par un orifice de passage 44 à une chambre de soufflerie 46 entourée par le carter de souffle- rie 38. Sur le bord 48 du carter de soufflerie en forme de pot 38 est fixée une pièce de recouvrement 50 du type cou- vercle, pièce dans laquelle est logée une conduite d'air frais 52 qui est reliée à la chambre de soufflerie 46 par une ouverture 54. Dans la conduite d'air frais 52 est dis- posé un clapet anti-retour 56. Le clapet anti-retour 56 présente un siège de soupape 58 relié de façon solidaire à la partie de recouvrement, siège avec lequel coopère un or- gane de fermeture 60. En outre une plaque d'appui 62 est reliée de façon solidaire aux parois de la pièce de recou- vrement 50, plaque sur laquelle repose un ressort hélicol- dal de pression 64 précontraint, qui comprime l'organe de fermeture 60 sur le siège de soupape 58. La disposition du clapet anti-retour 56 est réalisée d'une manière connue de telle façon qu'elle s'oppose au courant d'air frais qui va être expliqué ultérieurement. Dans la pièce de recouvrement 50 est logée en ou- tre une chambre de commande 66 séparée de la conduite d'air frais 52. La chambre de commande 66 est directement voisine de la chambre de soufflerie 46 et est séparée de celle-ci par un élément de séparation 70 commun, en forme de plaque. Cet élément de séparation 70 délimite donc aussi bien la chambre de soufflerie 46 dans le sens axial, qu'aussi la chambre de commande 66 voisine de celle-ci. La chambre de commande 66 est subdivisée par une membrane 72 en deux chambres partielles. La disposition de la membrane 72 est réalisée de telle façon que l'on ait deux chambres partiel- les dont l'une des chambres partielles, que l'on désignera comme la chambre de pression 74, est directement voisine de la chambre de soufflerie 46. L'autre chambre partielle 76 que l'on désignera comme chambre de ressort est séparée de la chambre de pression 74, uniquement par la membrane et une assiette 78 soutenant la membrane 72. Il en résulte de cette façon trois chambres 46, 74 et 76 se trouvant côte à côte, vues dans le sens de l'axe de rotation de l'arbre du moteur 34. Sur la membrane 72 ou sur son assiette 78 est ancré un organe de fermeture 80 ayant sensiblement la forme d'un champignon, avec son arbre 82. L'arbre 82 passe à tra- vers des cloisons intermédiaires 84 et 86 délimitant la conduite d'air frais 52, la cloison 86 étant constituée comme siège de soupape 88 du côté tourné à l'opposé des chambres 46, 74, 76, siège sur lequel le chapeau 90 de l'organe de fermeture 80 en forme de champignon, vient de façon étanche en appui. L'ouverture de passage 92 prévue dans la cloison intermédiaire 84 est rendue étanche par une garniture d'étanchéité 93 connue en soi par rapport à l'ar- bre 82 de telle façon que l'air se trouvant dans la con- duite d'air frais 52 ne puisse pas arriver dans la chambre de ressort 76. L'organe de fermeture 80 forme en même temps que le siège de soupape 88 une soupape 94 de déclenchement ser- vant à ouvrir ou à fermer le passage de la conduite d'air frais 52 dans un ajutage de pression 96 en forme de tube qui est formé sur la pièce de recouvrement 50. La soupape de déclenchement 94 est de cette façon intégrée dans l'aju- tage de pression ou dans la pièce de recouvrement 50. En outre, la pièce de recouvrement 50 présente un alésage d'aération et de désaération 98, qui relie la chambre de ressort 76 à l'atmosphère. La chambre de pression 74 est reliée par des alésages 100 à la chambre de soufflerie 46. Les alésages 100 forment ce qu'on appelle des conduites de dérivation qui ont pour rôle de faire régner en permanence dans la chambre de pression 74 la même pression que dans la chambre de soufflerie 46. Finalement, il convient encore de mentionner que la membrane 72 est poussée en direction de la chambre de pression par un ressort de réglage 102 s'ap- puyant, en étant précontraint, sur la paroi intermédiaire 84 de la pièce de recouvrement 50, et constitué sous la forme d'un ressort hélicoïdal de pression. Comme le montre en outre la figure 2, l'ajutage d'aspiration 40 et l'aju- tage de pression 96 sont disposés l'un par rapport à l'au- tre de façon coaxiale, ce qui simplifie considérablement le montage de l'ensemble 20. Le mode de fonctionnement de l'ensemble 20 va être expliqué maintenant à partir des figures 3 et 4. Ce faisant, il y a lieu de noter que la position de principe selon la figure 3 montre la position en fonctionnement, et montre aussi la représentation factuelle de l'ensemble se- lon la figure 2. L'ensemble qui se trouve au repos a été représenté aux figures 3 et 4 sans le moteur d'entraînement électrique 30 ici superflu. Les figures 3 et 4 montrent que la soufflerie 28 a une roue de soufflante 32 logée dans une bâche spirale 28 dans laquelle débouche l'ouverture d'aspi- ration 42. La bâche spirale 28 passe, du côté sous pres- sion, dans la conduite d'air frais 52 délimitée par les cloisons intermédiaires 84, 86, conduite dans laquelle est disposé le clapet anti-retour 56 qui, pour des raisons de simplicité, a été représenté ici sous la forme d'une sou- pape à bille. Le clapet anti-retour est précontraint, par le ressort de pression précontraint 64, en sens opposé au sens d'écoulement de l'air frais, et repose sur le siège de soupape 58. La conduite d'air frais 52 se transforme, dans la zone de la soupape de déclenchement 94, en l'ajutage de pression 96. Les alésages 100 selon la figure 2 sont ici représentés sous la forme de la conduite 100 en dérivation qui, à partir de la conduite d'air frais 52, débouche dans la chambre de pression 74 de la chambre de commande 66, laquelle est subdivisée par la membrane 72 en la chambre de pression 74 et la chambre de ressort 76. Un ressort de com- mande 102 précontraint, s'appuyant sur l'une des parois de la chambre de ressort 76 repose sur l'assiette de membrane 78 et presse la membrane 72 en direction de la chambre de pression 74. L'alésage 98 d'aération et de désaération forme, dans le cas de cette représentation de principe en même temps l'ouverture de passage pour la tige 82 de l'organe de fermeture 80 en forme de champignon qui fait partie de la soupape de déclenchement 94. La force de précontrainte du ressort de commande 102 veille de cette façon aussi en même temps à ce que l'organe de fermeture 80 repose sur le siège de soupape 88 de la soupape de déclenchement 94. Quand alors le moteur électrique d'entraînement est mis en route et quand la roue de soufflante 32 tourne dans le sens de la flèche 110 (figure 4), de l'air frais est aspiré par l'aju- tage d'aspiration 40 qui passe alors à travers le moteur électrique 30 (figure 2) et ce faisant refroidit ses élé- ments soumis à échauffement. Dans la conduite d'air frais 52, vue dans le sens de l'écoulement (flèche 112) avant la soupape d'arrêt 56 encore fermée (figure 3), il s'établit alors une pression qui, par l'intermédiaire de la dériva- tion 100, s'applique aussi sur le côté de la membrane 72 qui est tourné vers la chambre de pression 74. Cette pres- sion est indiquée à la figure 4 par plusieurs flèches 114. Si cette pression qui s'établit dans la chambre de pression 74 et dans la conduite d'air frais 52 avant la soupape de déclenchement 56, dépasse une mesure prédéterminée, le cla- pet anti-retour 56 (figure 4) s'ouvre, de même que la sou- pape de déclenchement 94, sous l'action de la pression qui règne alors dans la chambre de pression 74. Quand en effet la force qui agit sur la membrane dépasse la force de pré- contrainte du ressort de commande 102, celui-ci est com- primé par la membrane 72 se déplaçant en direction de la chambre de ressort, et en même temps ouvre au moyen de la tige 82 la soupape de déclenchement 94. Le courant d'air frais 112 peut alors sans entrave couler de l'ouverture d'aspiration 42 à travers le moteur électrique d'entraîne- ment 30 et à travers la soufflerie 28 selon les flèches 112, o il quitte l'ensemble 20 sur l'ajutage de pression 96 et est envoyé par la conduite sous pression 26 de la conduite d'échappement 12 au moteur à combustion interne 10. La disposition de la soupape de déclenchement dans la conduite d'air frais veille au fonctionnement fia- ble de l'ensemble 20. Même dans des circonstances critiques de fonctionnement, la soupape de déclenchement 94 empêche le flottement indésirable du clapet anti-retour 56. La construction selon l'invention de l'ensemble 20 donne un ensemble compact qui peut être manié de façon satisfaisante même dans le cas de conditions rétrécies à l'intérieur de l'espace prévu pour le moteur du véhicule. R E V E N D I CATIONS 1 ) Ensemble servant à produire un courant d'air frais avec une soufflerie qui est reliée du côté sous pres- sion à la conduite d'échappement du moteur à combustion in- terne (10) d'un véhicule à moteur et dans lequel un clapet anti-retour (56) est disposé entre la soufflerie et l'em- bouchure de la conduite d'air frais dans la conduite d'échappement, dans la conduite d'air frais, ensemble ca- ractérisé en ce qu'une soupape de déclenchement (94) est disposée dans la conduite d'air frais (52) entre le clapet anti-retour (56) et son embouchure dans la conduite d'échappement (12), soupape de déclenchement dont l'organe de fermeture (80) est mis en position de fermeture par la force d'un élément de ressort (102), et en ce qu'elle peut être actionnée à l'encontre de la force du ressort par la pression établie par la soufflerie en fonctionnement (28), amenée par une dérivation provenant de la conduite d'air frais (52), à un organe d'actionnement (72) de l'organe de fermeture (80). 2 ) Ensemble selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que l'organe de fermeture (80) de la soupape de déclenchement (94) est relié de façon opérationnelle à une membrane (72) formant l'organe d'actionnement, membrane qui subdivise une chambre de commande (50) en une chambre de pression (74) et une chambre de ressort (76), en ce que l'élément de ressort (102) logé dans la chambre de ressort appuie sur la membrane (72) dans le sens de la fermeture de l'organe de fermeture (80) de la soupape de travail, et en ce que la chambre de pression (74) est reliée par la déri- vation (100) à la conduite d'air frais (52). 3 ) Ensemble selon la revendication 2, caractéri- sé en ce que la dérivation (100) est raccordée, entre la soufflerie (28) et le clapet anti-retour (56), à la con- duite d'air frais (52). 4 ) Ensemble selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'une roue à aubes (32) appartenant à la soufflerie (28) repose sur l'arbre (34) d'un moteur électrique d'entraînement (30) et est disposée dans une chambre de soufflerie (46) en forme de pot, dont les parois (38) sont reliées à une partie de carter (36) faisant par- tie du moteur, de préférence d'une seule pièce. ) Ensemble selon la revendication 4, caractéri- sé en ce que la chambre de soufflerie (46) est fermée par une pièce de recouvrement (50) en forme de couvercle, pièce qui présente le clapet anti-retour (56), la soupape de dé- clenchement (94) et la chambre de commande (66). 6 ) Ensemble selon la revendication 5, caractéri- sé en ce que la chambre de soufflerie (46) et la chambre de commande (66) voisine de celle-ci sont délimitées respecti- vement par un élément de séparation (70) commun, en forme de plaque, qui présente au moins une interruption (100) re- liant ces deux chambres (46, 74), constituant la dériva- tion. 7 ) Ensemble selon l'une des revendications 4 ou , caractérisé en ce que le carter de moteur (36) est pour- vu d'un orifice d'aspiration (42) pour la soufflerie (28), et le carter de moteur présente une ouverture de passage conduisant à la chambre de soufflerie (46) pour l'air aspi- ré. 8 ) Ensemble selon la revendication 7, caractéri- sé en ce que l'orifice d'aspiration (42) entouré par un ajutage tubulaire (40) est disposé sur le carter de moteur de façon coaxiale, au moins approximativement, par rapport à un ajutage de pression (96) disposé dans le sens de l'écoulement (112) de l'air frais derrière la soupape de déclenchement (94) sur la pièce de recouvrement (50). 9 ) Ensemble selon la revendication 8, caractéri- sé en ce que la soupape de déclenchement (94) est intégrée dans l'ajutage de pression (96). ) Ensemble selon l'une quelconque des revendi- cations 2 à 9, caractérisé en ce que la chambre de ressort (76) est pourvue d'une ouverture (98) vers l'atmosphère.