Brevet FR2731044A1 — publié le 19960830

DISPOSITIF D'ECHAPPEMENT POUR MOTIOR A COKBU8TION INTBRNE La présente invention concerne un dispositif d'échappement des gaz de combustion d'un moteur & combustion interne équipant notamment un véhicule automobile. La présente invention se rapporte plus particulièrement & un dispositif d'échappement utilisant un dispositif pour purifier les gaz brûlés par conversion catalytique. D'une façon générale les normes concernant la pollution des moteurs & combustion interne équipant les véhicules automobiles se sévérisent chaque jour davantage dans l'ensemble des pays industrialisés. L'industrie automobile est donc aujourd'hui toute entière mobilisée à trouver des solutions techniques pour répondre à ces contraintes et ce sans trop pénaliser ni les performances des moteurs ni leur prix de revient. Pour lutter contre l'émission des gaz polluants, l'industrie automobile a adopté l'utilisation de dispositifs d'échappement traitant par conversion catalytique les composants nocifs des gaz brûlés. Ces dispositifs encore appelés pots catalytiques permettent en effet l'oxydation des hydrocarbures imbrûlés HC et du monoxyde de carbone CO ainsi que la réduction des oxydes d'azote Noix. Ces réactions sont en effet toutes fortement accélérées par la présence de catalyseurs de sorte qu'elles peuvent s'accomplir pendant le bref temps de passage des gaz bilés à travers le pot. Toutefois, la conversion catalytique des polluants ne s'amorce que lorsque les catalyseurs ont atteint une certaine température, en générale supérieure 300"C. I1 en résulte que, lors des démarrages des moteurs, la température des gaz bilés n'est pas suffisante pour amorcer les réactions chimiques, il s'ensuit donc une phase plus ou moins longue pendant laquelle les polluants émis par le moteur ne sont pas ou insuffisamment traités. On peut ainsi estimer que 80 & 90% des particules sont émises pendant les deux premières minutes de fonctionnement du moteur. Différentes solutions ont été proposées pour pallier à cet inconvénient. On peut citer les systèmes d'injection d'air à l'échappement pour provoquer la post-combustion des gaz brûlés et accélérer la montée en température du pot catalytique. On peut également citer les moyens de chauffage ou préchauffage électriques ou électromagnétiques des pots catalytiques tels que décrits dans les demandes de brevet WO-A-90/14507, WO-A-92/02714 ou encore EP-A-465184. Le document WO-A-90/02250 prévoit quant & BR Ces différentes solutions ont pour inconvénients d'impliquer des modes de réalisation onéreux et de nécessiter pour fonctionner un apport d'énergie plus ou moins important. Une autre solution pour accélérer la montée en température du catalyseur consiste & rapprocher ce dernier des chambres de combustion de façon & BR I1 s'avère en effet nécessaire de disposer entre le collecteur et le monolithe catalytique d'un élément flexible et/ou articulé servant au découplage axial et latéral des vibrations du moteur du type des joints décrits dans les documents EP-A-575727, WO-A-93/04270 ou encore FR A-2642472. Par ailleurs il est indispensable de disposer un cône divergent de déflexion & l'entrée du pot catalytique pour assurer une répartition sensiblement homogène des gaz brûlés sur la surface frontale du monolithe et d'éviter ainsi un vieillissement prématuré et hétérogène du catalyseur dû & une mauvaise répartition des gaz bilés dans le monolithe, les dimensions du divergent sont généralement imposées. La nécessité de disposer, conformément aux modes de réalisation de l'art antérieur connus, entre le collecteur d'échappement et le catalyseur en série l'un derrière l'autre un tronçon d'atténuation vibratoire et un tronçon de déflexion impose donc des limites au rapprochement du catalyseur des chambres de combustion et freine la montée en température du catalyseur. L'objet de la présente invention est donc de remédier aux inconvénients précités en permettant le rapprochement du catalyseur des chambres de combustion en modifiant la forme du pot catalytique de façon à réduire la longueur de ce dernier en amont du monolithe et ce de façon particulièrement simple et économique. Le dispositif d'échappement selon l'invention pour épurer les gaz bilés d'un moteur & combustion comprend un pot catalytique du type comportant un corps oblong contenant au moins un réacteur pour le traitement catalytique des gaz brtlés, le corps oblong étant délimité par des extrémités d'entrée et de sortie adaptées. Selon l'invention, le dispositif d'échappement pour moteur à combustion interne est caractérisé en ce que l'extrémité d'entrée du pot catalytique présente une structure intégrant des moyens de déflexion des gaz bilés et des moyens d'absorption des fréquences de vibration du moteur. Selon une autre caractéristique du dispositif d'échappement pour moteur à combustion interne objet de l'invention, l'extrémité d'entrée du pot catalytique est directement montée & la sortie d'un collecteur d'échappement par un système de fixation rigide. Selon une autre caractéristique du dispositif d'échappement pour moteur à combustion interne objet de l'invention, l'extrémité d'entrée du pot catalytique comporte d'une part une enveloppe extérieure définissant un élément de conduit flexible et d'autre part une enveloppe intérieure s'étendant coaxialement & l'enveloppe extérieure en définissant une buse de déflexion & BR Selon une autre caractéristique du dispositif d'échappement pour moteur & combustion interne objet de l'invention, l'enveloppe intérieure est solidarisée à l'enveloppe extérieure au voisinage de son orifice d'entrée des gaz brtlés, tandis que son orifice de sortie débouche librement devant la face frontale d'entrée du réacteur catalytique. On comprendra mieux les buts, aspects et avantages de la présente invention, d'après la description donnée ci-après d'un mode de réalisation de l'invention, choisi & titre d'exemple non limitatif, en se référant au dessin annexé sur lequel la figure 1 est une vue schématique partielle en perspective d'un dispositif d'échappement conforme à la présente invention. Le dispositif d'échappement selon l'invention est plus particulièrement destiné & BR Conformément & la figure 1, le dispositif d'échappement représenté est adapté pour équiper un moteur à combustion interne & quatre cylindres en ligne destiné & être monté par exemple transversalement dans le compartiment avant d'un véhicule automobile. Ce dispositif d'échappement se compose principalement, de l'amont vers l'aval dans le sens de l'écoulement des gaz brtlés, d'un collecteur d'échappement 2, d'un pot catalytique 4 et d'une ligne d'échappement. Le collecteur d'échappement référencé 2 présente quatre tubulures, respectivement 2a, 2b, 2c, 2d, aptes & assurer l'évacuation des gaz bilés en provenance de chacun des cylindres du moteur. Les tubulures 2a, 2b, 2c, 2d du collecteur d'échappement sont directement fixées à la culasse du moteur en regard des orifices d'échappement correspondants par l'intermédiaire d'une bride de fixation 21. Ces tubulures 2a, 2b, 2c, 2d sont, selon l'exemple de réalisation figuré, agencées pour former un collecteur du type 3 Y ; deux de ceux-ci sont formés par le couplage des tubulures 2a, 2b et 2c, 2d ; les bras du troisième réunissent les corps des précédents pour permettre le raccordement général en un conduit tubulaire unique 3. Le conduit commun 3 terminant le collecteur d'échappement 2 est raccordé directement & l'entrée d'un réacteur ou pot catalytique 4 par l'intermédiaire d'un système de fixation rigide par bride 31 faisant corps avec le collecteur 2 et contrebride 46 soudée sur le pot catalytique 4. Ce pot catalytique 4 comprend un corps cylindrique oblong 41 de section circulaire ou elliptique et des extrémités d'entrée 43 et de sortie 44 de type respectivement divergente et convergente. Le corps 41 définit classiquement une cavité centrale où est logé un (ou plusieurs) réacteur 42 permettant d'opérer la conversion catalytique des gaz brûlés. Ce réacteur 42 se présente sous la forme d'un monolithe encore connu sous l'appellation corps å nid d'abeilles, qui est constitué traditionnellement par un bloc cylindrique de section circulaire ou elliptique correspondant sensiblement à celle de la cavité centrale du corps 41, à l'intérieur duquel est ménagé un grand nombre de canaux dont les parois sont revêtues de catalyseur et & travers lesquels circulent les gaz brillés. Conformément à l'invention, l'extrémité d'entrée 43 adaptée pour permettre sa fixation directement à la sortie du collecteur d'échappement 2, présente une structure intégrant et en parallèle des moyens de déflexion des gaz brûlés et des moyens d'absorption des fréquences de vibration du moteur. Pour ce faire, l'extrémité d'entrée 43 présente d'une part une enveloppe extérieure 47 définissant un élément de conduit flexible, comme par exemple un soufflet, qui assure la liaison étanche entre la contrebride 46 et le corps 41 du pot catalytique 4, et d'autre part une enveloppe intérieure 45 s'étendant coaxialement & l'enveloppe extérieure 47, définissant une buse de déflexion, de type tronconique divergente, & travers laquelle s'écoule le flux des gaz brûlés sortant du collecteur d'échappement 2. L'enveloppe intérieure 45 est solidarisée, par exemple par soudage, à l'enveloppe extérieure 47 au niveau de son orifice d'entrée des gaz brûlés s'étendant au droit de la contrebride 46, tandis que son orifice de sortie débouche librement devant la face frontale d'entrée du réacteur catalytique 42. Ainsi, l'extrémité d'entrée 43 du pot catalytique 4 selon l'invention permet grace au conduit flexible extérieur 47 de casser les fréquences de vibrations et d'absorber les débattements du moteur par rapport & la ligne d'échappement, tout en répartissant de façon homogène les gaz brûlés sur toute la surface frontale du réacteur catalytique 42 gracie & la buse de diffusion intérieure 45. Cette disposition permet donc de supprimer le recours & un tronçon d'atténuation, telle qu'une rotule retenue par deux ressorts, communément interposé selon l'art antérieur entre le collecteur d'échappement et le pot catalytique. I1 en résulte donc une réduction de la distance entre le réacteur catalytique 42 et la culasse du moteur à combustion interne correspondant, et donc une réduction des surfaces d'échanges thermiques susceptibles de refroidir les gaz bilés avant leur entrée dans le réacteur catalytique, ce qui permet de disposer d'un dispositif d'échappement offrant un délai d'amorçage du catalyseur extrêmement bref et ce de façon relativement simple et peu coûteuse. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu' titre d'exemple. Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. Ainsi, il est possible de réaliser de façon similaire l'extrémité de sortie 44 du pot catalytique, à savoir une buse de concentration intérieure, de type tronconique convergente, qui récupère et dirige les gaz brûlés vers le reste de la ligne d'échappement du moteur et un soufflet extérieur assurant la liaison entre le corps 41 du pot catalytique et le tuyau d'échappement disposé en aval. RBV-IDICATIOfl (1) Dispositif d'échappement d'un moteur & BR (2) Dispositif d'échappement pour moteur & BR (3) Dispositif d'échappement pour moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que ladite extrémité d'entrée (43) comporte d'une part une enveloppe extérieure (47) définissant un élément de conduit flexible et d'autre part une enveloppe intérieure (45) s'étendant coaxialement & BR t4] Dispositif d'échappement pour moteur à combustion interne selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite enveloppe intérieure (45) est solidarisée & ladite enveloppe extérieure (47) au niveau de son orifice d'entrée des gaz brûlés, tandis que son orifice de sortie débouche librement devant la face frontale d'entrée du réacteur catalytique (42).