Brevet FR2755727A1 — publié le 19980515

Pot catalytique avec protection du catalyseur contre les hautes températures L'invention concerne un dispositif d'épuration des gaz d'échappement d'un moteur thermique, plus particulièrement du moteur d'entraînement d'un véhicule automobile, comprenant un espace contenant au moins un catalyseur pour la destruction chimique d'impuretés des gaz d'échappement, et une conduite pour amener lesdits gaz d'échappement de la sortie du moteur audit espace. Un tel dispositif, communément appelé "pot catalytique", a pour fonction d'éliminer au moins en partie les gaz polluants contenus dans les gaz d'échappement, notamment l'oxyde de carbone, les hydrocarbures et les oxydes d'azote, en les transformant par des réactions de réduction ou d'oxydation. Ces réactions ont lieu au contact d'un ou plusieurs catalyseurs qui sont habituellement à base de métaux précieux tels que platine, palladium et rhodium ou bien d'oxydes métalliques. Certains de ces catalyseurs ne supportent pas sans dommage les températures très élevées, pouvant atteindre 1000 OC, auxquelles sont portés les gaz d'échappement lorsque le moteur fonctionne à pleine charge. En particulier, l'alumine gamma, qui est avantageusement utilisée en raison de son coût relativement faible, est susceptible de se transformer de manière irréversible à ces températures, compromettant le fonctionnement du pot catalytique. Or, les constructeurs automobiles tendent aujourd'hui à exiger une durée de vie du pot catalytique, comptée en distance parcourue, de 160 000 km. Le but de l'invention est de protéger le catalyseur contre les températures élevées des gaz d'échappement, afin de prolonger la durée de vie du pot catalytique. L'invention vise notamment un dispositif du genre défini en introduction, et prévoit que ladite conduite contient des moyens de refroidissement pour limiter la température des gaz d'échappement parvenant audit espace. Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémentaires ou alternatives, sont énoncées ci-après: - Lesdits moyens de refroidissement comprennent un échangeur de chaleur propre à prélever de la chaleur des gaz d'échappement. - Ledit échangeur de chaleur est propre à permettre le transfert de chaleur des gaz d'échappement à un fluide circulant dans l'échangeur de chaleur. - Ledit fluide circule également dans au moins un autre échangeur de chaleur, notamment pour le refroidissement dudit moteur et/ou pour le chauffage de l'habitacle du véhicule. - Lesdits moyens de refroidissement comprennent en outre des moyens de commutation propres à permettre le passage des gaz d'échappement à travers l'échangeur de chaleur et/ou hors de celui-ci de manière à maintenir à un niveau souhaité la température des gaz arrivant dans ledit espace. Cette disposition évite une limitation excessive de la température du catalyseur nuisant à son efficacité, et permet en particulier de ne pas retarder la montée en température nécessaire du catalyseur lors du démarrage du moteur à froid. - Les moyens de commutation sont commandés grâce à au moins un capteur fournissant un signal représentatif de la température des gaz d'échappement et/ou du catalyseur. - Ledit capteur est en contact thermique avec les gaz d'échappement, en aval de l'échangeur de chaleur, et/ou avec le catalyseur. - Ledit capteur est en contact thermique avec un fluide de refroidissement dudit moteur thermique, en aval de ce dernier dans le circuit du fluide de refroidissement. - Les moyens de commutation comprennent deux branches disposées mutuellement en parallèle dans ladite conduite et dont l'une contient l'échangeur de chaleur, et un organe mobile commandé de façon à faire passer les gaz dans l'une et/ou l'autre desdites branches. Les caractéristiques et avantages de l'invention seront exposés plus en détail dans la description ci-après, en se référant aux dessins annexés, sur lesquels les figures 1 et 2 sont des représentations schématiques du moteur thermique d'entraînement d'un véhicule automobile et d'un dispositif selon l'invention équipant celui-ci, pour deux états de fonctionnement de ce dispositif. De façon connue, le moteur 1 est muni d'un collecteur d'échappement 2 comprenant quatre branches 3 reliées respectivement aux sorties des quatre cylindres du moteur et se rejoignant en un tronc commun 4. Le collecteur 2 fait partie d'une conduite 5 qui amène les gaz d'échappement du moteur à un boîtier 6 contenant un ou plusieurs catalyseurs d'épuration sous forme de couches minces déposées sur un support approprié 7. Selon l'invention, un échangeur de chaleur 8 est monté en dérivation sur un tronçon 9 de la conduite 5, avec lequel il communique par une ouverture d'entrée 10 et une ouverture de sortie 11 de façon à pouvoir être traversé par les gaz d'échappement. L'échangeur 8 présente par ailleurs une tubulure d'entrée 12 et une tubulure de sortie 13 pour un fluide de refroidissement qui peut être commun avec le circuit de refroidissement du moteur 1. Un clapet ou volet pivotant 14 est monté de façon à pouvoir obturer soit l'ouverture 10, comme montré sur la figure 1, soit le tronçon 9, entre les ouvertures 10 et 11, comme montré sur la figure 2. Dans la première position, les gaz d'échappement ne passent pas dans l'échangeur 8 et ne sont pas refroidis. Dans la seconde position, ils traversent l'échangeur et sont refroidis par échange de chaleur avec le fluide de refroidissement. Un capteur de température 15 placé en contact thermique avec les gaz d'échappement circulant dans la conduite 5, en aval du tronçon 9, permet de piloter le volet 14 de façon à maintenir à une valeur souhaitée la température des gaz d'échappement au niveau du capteur et par conséquent dans le boîtier 6. Tout mode de commande connu peut être utilisé pour obtenir ce résultat. En particulier, le volet 14 peut être commandé en tout ou rien pour occuper soit la position de la figure 1, soit celle de la figure 2, ou de manière progressive. En tout état de cause, il est préférable que les gaz d'échappement, lors du démarrage du moteur à froid, ne soient pas refroidis avant d'avoir atteint la température de pleine efficacité du catalyseur. Par ailleurs, il est possible de prévoir un capteur de température au niveau du boîtier 6, en plus ou à la place du capteur 15, de façon à mesurer directement la température du catalyseur et/ou celle des gaz d'échappement au contact de celui-ci, et en tenir compte pour la commande du volet 14. En variante, le capteur 15 peut être remplacé par un capteur de la température du fluide ayant servi au refroidissement du moteur. En effet, la température de ce fluide, mesurée notamment à la sortie du moteur, varie dans le même sens que celle des gaz d'échappement émis par le moteur, de sorte qu'il est possible d'établir une courbe ou un tableau de correspondance entre ces deux grandeurs permettant de déterminer le degré de refroidissement souhaité pour les gaz d'échappement, et par conséquent la position correspondante du volet 14, à partir de la température du fluide détectée. Le fluide de refroidissement réchauffé dans l'échangeur de chaleur 8 peut être utilisé pour le chauffage de l'habitacle du véhicule, notamment si la quantité de chaleur récupérée lors du refroidissement du moteur n'est pas suffisante à cet effet. Revendications 1. Dispositif d'épuration des gaz d'échappement d'un moteur thermique, plus particulièrement du moteur d'entraînement (1) d'un véhicule automobile, comprenant un espace (6) contenant au moins un catalyseur pour la destruction chimique d'impuretés des gaz d'échappement, et une conduite (5) pour amener lesdits gaz d'échappement de la sortie du moteur audit espace, caractérisé en ce que ladite conduite contient des moyens de refroidissement (8) pour limiter la température des gaz d'échappement parvenant audit espace. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de refroidissement comprennent un échangeur de chaleur (8) propre à prélever de la chaleur des gaz d'échappement. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit échangeur de chaleur est propre à permettre le transfert de chaleur des gaz d'échappement à un fluide circulant dans l'échangeur de chaleur. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit fluide circule également dans au moins un autre échangeur de chaleur, notamment pour le refroidissement dudit moteur et/ou pour le chauffage de l'habitacle du véhicule. 5. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de refroidissement comprennent en outre des moyens de commutation (14) propres à permettre le passage des gaz d'échappement à travers l'échangeur de chaleur et/ou hors de celui-ci de manière à maintenir à un niveau souhaité la température des gaz arrivant dans ledit espace. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de commutation sont commandés grâce à au moins un capteur (15) fournissant un signal représentatif de la température des gaz d'échappement et/ou du catalyseur. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit capteur (15) est en contact thermique avec les gaz d'échappement, en aval de l'échangeur de chaleur, et/ou avec le catalyseur. 8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit capteur est en contact thermique avec un fluide de refroidissement dudit moteur thermique, en aval de ce dernier dans le circuit du fluide de refroidissement. 9. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que les moyens de commutation comprennent deux branches disposées mutuellement en parallèle dans ladite conduite et dont l'une contient l'échangeur de chaleur, et un organe mobile (14) commandé de façon à faire passer les gaz dans l'une et/ou l'autre desdites branches.