Brevet FR2821117A1 — publié le 20020823

La présente invention concerne un dispositif de dépollution des gaz d'échappement d'un moteur thermique, du type comportant une enveloppe extérieure délimitant un passage de circulation des gaz d'échappement et, montés en série dans ledit passage, un organe de purification catalytique et un filtre à particules, ladite enveloppe comportant une interruption transversale suivant toute sa périphérie, laquelle interruption sépare l'enveloppe en tronçons successifs, le dispositif comportant des moyens démontables de raccordement des deux tronçons successifs suivant ladite interruption. De tels dispositifs sont utilisés, notamment pour la dépollution de moteurs Diesel de véhicules automobiles. L'organe de purification catalytique est adapté pour le traitement des émissions polluantes en phase gazeuse, alors que le filtre à particules est adapté pour retenir les particules de suies émises par le moteur. Le filtre à particules fonctionne suivant une succession de phases de filtration et de régénération. Lors des phases de filtration, les particules de suies émises par le moteur se déposent sur la face amont du filtre. Lors de la phase de régénération, les particules de suies, composées essentiellement de carbone sont brûlées sur la face amont du filtre, afin de lui restituer ses propriétés originelles. Pour favoriser la régénération du filtre à particules, il est nécessaire d'incorporer, au carburant alimentant le moteur, un agent chimique abaissant la température de combustion des suies. Cet agent chimique est un additif catalytique contenant un ou plusieurs constituants métalliques sous la forme de composés organo-métalliques. Ceux-ci vont brûler dans la chambre de combustion du moteur et se déposer sous forme d'oxydes au sein des particules de suies sur la face amont du filtre à particules. Lors des phases de régénération du filtre à particules, les résidus d'oxyde métallique, couramment appelés cendres, sont retenus sur la face amont du filtre à particules. Ainsi, lors d'une utilisation prolongée du dispositif de dépollution, l'accumulation des cendres diminue notablement les propriétés du filtre à particules et notamment son aptitude à être régénéré. Pour un dispositif de dépollution installé sur un véhicule à moteur Diesel, on cons- tate une diminution des propriétés du filtre à particules pour un kilométrage supérieur à 50. 000 km. La demande de brevet FR-98-15773 décrit un dispositif de dépollution des gaz d'échappement dans lequel les moyens d'accès à la face amont du filtre à particules comportent une interruption de l'enveloppe associée à des moyens démontables de raccordement des deux tronçons successifs de l'enveloppe. L'interruption de l'enveloppe est formée dans l'intervalle libre ménagé entre l'organe de purification catalytique et le filtre à particules. Les moyens démontables de raccordement, formés par un ensemble de boulons traversant des brides plates, sont également disposés autour de l'intervalle libre défini dans l'enveloppe. Un joint plat est interposé entre les deux brides afin d'assurer une étanchéité satisfaisante. Un tel joint plant nécessite une grande stabilité à chaud de la liaison entre les deux tronçons successifs. Ainsi, les moyens démontables de raccordement doivent être disposés dans l'intervalle entre l'organe de purification catalytique et le filtre à particules. Cet agencement conduit à un encombrement axial relativement important de l'enveloppe extérieure du dispositif de dépollution. L'invention a pour but de proposer un dispositif de dépollution ayant un encombrement réduit, notamment une longueur réduite mesurée suivant l'axe du passage de circulation des gaz d'échappement. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de dépollution de gaz d'échappement d'un moteur thermique, du type précité, caractérisé en ce que lesdits moyens démontables de raccordement s'étendent dans un plan transversal au passage de circulation et passant par l'un de l'organe de purification catalytique et du filtre à particules. Suivant des modes particuliers de réalisation, le dispositif de dépollution comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - les deux tronçons successifs comportent des extrémités engagées l'une dans l'autre et se chevauchant suivant une partie de la longueur du passage de circulation ; - l'extrémité du tronçon amont, en considérant le sens normal d'écoulement du flux dans le passage de circulation, s'étend à l'intérieur de l'extrémité du tronçon aval en considérant le sens normal d'écoulement du flux dans le passage de circulation ; - lesdits moyens démontables de raccordement s'étendent autour dudit organe de purification catalytique ; - les deux extrémités associées des deux tronçons successifs présentent des profils tronconiques complémentaires de centrage ; - lesdits moyens démontables de raccordement comportent une bride périphérique solidaire de chaque tronçon et un cerclage ceinturant les deux brides et assurant un serrage axial des brides l'une contre l'autre ; - au moins l'une des brides périphériques est formée par déformation du tronçon d'enveloppe ; - au moins l'une des brides périphériques comporte une couronne rapportée autour dudit tronçon d'enveloppe associé ; - il comporte un joint torique interposé entre les deux brides ; - ledit cerclage comporte au moins un profil délimitant un canal à l'intérieur duquel sont enserrées les deux brides et un collier de serrage ceinturant le ou chaque profil ; et - l'une des brides s'étend à distance de l'extrémité du tronçon d'enveloppe associé suivant la longueur du passage d'écoulement des gaz d'échappement. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins, sur lesquels : - la figure 1 est une vue en élévation d'un dispositif de dépollution des gaz d'échappement selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale prise suivant la ligne ll-ll du dispositif de dépollution de la figure 1 ; - la figure 3A est une vue à plus grande échelle d'un détail des moyens de liaison des deux sections successives du dispositif de dépollution des figures 1 et 2 ; - la figure 3B est une vue analogue à celle de la figure 3A d'une variante de réalisation des moyens de liaison ; - les figures 4A et 4B sont des vues identiques à celles des figures 3A et 3B de deux variantes d'un mode de réalisation différent des moyens de liaison ; et - les figures 5A et 5B sont des vues identiques à celles des figures 4A et 4B de deux variantes de réalisation d'encore un autre mode de réalisation des moyens de liaison. Le dispositif de dépollution 10, représenté sur les figures 1 et 2, comporte un pot d'échappement 12 généralement cylindrique présentant, à une extrémité, une entrée 14 et, à son autre extrémité, une sortie 16. Un organe de purification catalytique 18 et un filtre à particules 20 séparés par un espace libre de transition 22 sont disposés successivement depuis l'entrée vers la sortie à l'intérieur du pot 12. Le pot d'échappement 12 comporte une enveloppe extérieure 23 délimitant un passage de circulation des gaz d'échappement au travers duquel sont disposés l'organe de purification catalytique 18 et le filtre à particules 20. L'organe de purification catalytique 18 est, par exemple, constitué par une structure perméable aux gaz recouverte de métaux catalytiques favorisant l'oxydation des gaz de combustion et/ou la réduction des oxydes d'azote. Le filtre à particules 20 est réalisé en un matériau de filtration constitué d'une structure monolithique en céramique ou en carbure de silicium ayant une porosité suffisante pour permettre le passage des gaz d'échappement. Cependant, comme connu en soi, le diamètre des pores est choisi suffisamment petit pour assurer une retenue des particules, et notamment des particules de suies, sur la face amont du filtre. Le filtre à particules peut également être réalisé à partir d'une mousse de céramique ou de carbure de silicium. Il peut également être constitué d'un filtre cartouche ou d'un filtre en métal fritté. Le filtre à particules utilisé ici comporte par exemple un ensemble de canaux parallèles répartis en un premier groupe de canaux d'entrée et un second groupe de canaux de sortie. Les canaux d'entrée et de sortie sont disposés en quinconce. Les canaux d'entrée sont débouchants sur la section amont du filtre à particules et obturés au niveau de la section aval du filtre à particules. Au contraire, les canaux de sortie sont obturés sur la section amont du filtre à particules et sont débouchants sur sa section aval. Dans sa partie courante, l'enveloppe extérieure est formée par une paroi cylindrique 24 de section sensiblement constante. A son extrémité d'entrée, le pot comporte un tronçon divergent 26 reliant un tuyau d'entrée 28 à la paroi cylindrique 24. De même, à son extrémité arrière, la paroi cylindrique 24 est prolongée par un tronçon convergent 30 aboutissant dans un tuyau de sortie 32 délimitant la sortie 16. En fonctionnement, les gaz d'échappement circulent d'abord au travers de l'organe de purification catalytique 18 puis au travers du filtre à particules 20. Des moyens d'accès à la surface amont du filtre à particules 20 sont prévus suivant la longueur de l'enveloppe 23. Ils comportent une interruption transversale 34 de l'enveloppe du pot d'échappement suivant toute sa périphérie et des moyens démontables 36 de raccordement des deux tronçons successifs 38,40 ainsi définis dans la paroi cylindrique 24 de part et d'autre de l'interruption 34. Selon l'invention, les moyens démontables de raccordement 36 sont disposés dans un plan transversal au passage de circulation et passant par l'un de l'organe de purification catalytique 18 et du filtre à particules 20. Dans le mode de réalisation représenté, les moyens démontables de raccordement 36 s'étendent autour de l'organe de purification catalytique 18. Plus précisément, et comme illustré sur la figure 3A, les moyens démontables de raccordement s'étendent à distance de l'extrémité du tronçon d'enveloppe 38, dont l'extrémité est emboîtée à l'intérieur de l'extrémité correspondante du tronçon d'enveloppe 40. Ainsi, les extrémités des tronçons d'enveloppe 38 et 40 se chevauchent l'une l'autre, l'extrémité du tronçon amont 38, en considérant le sens d'écoulement normal du flux dans le passage de circulation s'étendant à l'intérieur de l'extrémité du tronçon aval 40. Avantageusement, les moyens démontables de raccordement comportent une bride périphérique 42,44 solidaire de chaque tronçon d'enveloppe 38,40. Ils comportent en outre un cerclage périphérique 46 enserrant les deux brides 42,44 et sollicitant celles-ci l'une contre l'autre suivant l'axe du passage de circulation des gaz d'échappement. Avantageusement, la bride 42 formée à l'extrémité du tronçon aval 40 est constituée d'un collet obtenu par un déformation vers l'extérieur de la paroi cylindrique délimitant le tronçon d'enveloppe aval 38. Cette bride présente une forme généralement tronconique et s'évase progressivement vers l'extrémité ouverte du tronçon aval 40. La bride 44 est formée d'une couronne 48 rapportée autour du tron- çon amont 38. Cette couronne est usinée et présente une forme toroïdale de section constante généralement triangulaire. Elle présente une face d'appui sur la surface externe du tronçon 38. Un chanfrein 50 d'appui de la bride 42 est ménagé sur son flanc tourné vers l'extrémité du tronçon aval 40. Ce chanfrein est entaillé d'un épaulement 52 délimitant un logement annulaire de réception d'un joint torique 54. Le chanfrein 50 a une inclinaison identique à celle de la bride 42. Sur son flanc opposé au tronçon aval 40, la couronne 48 présente un chanfrein 56 dont l'inclinaison est opposée au chanfrein 50. La couronne 48 est solidarisée au tronçon amont d'enveloppe 38 par un cordon de soudure périphérique 58. Elle est soudée à l'écart de l'extrémité libre du tronçon amont 38. Le cerclage 46 comporte une bande de serrage 60 ceinturant les deux brides 42 et 44. Cette bande de serrage présente une forme générale en V délimitant un canal 62 dans lequel sont retenues les deux brides. Chacune des ailes latérales du canal a une inclinaison correspondante à celle de la bride 42 et du chanfrein 56 de la bride complémentaire 44. La bande 60 constitue une boucle ouverte dont les deux extrémités sont reliées l'une à l'autre par un mécanisme de traction 64 comportant par exemple une vis de serrage 66. Cette vis assure un rapprochement des deux extrémités de la bande 60. On conçoit qu'avec un tel dispositif, après un temps de fonctionnement déterminé du moteur, alors que la face amont du filtre à particules est souillée par des cendres, il est possible d'intervenir sur le véhicule pour nettoyer le filtre à particules. A cet effet, le dispositif 10 est d'abord démonté de la ligne d'échappement du véhicule. Les deux tronçons successifs 38,40 sont désolidarisés par desserrage du mécanisme de traction 64, ce desserrage permettant le retrait du cerclage 46. L'ouverture de l'enveloppe suivant l'interruption trans- versale 34 permet l'accès à la face amont du filtre à particules 20, cette face étant tournée vers l'organe de purification 18. Une lance d'injection d'air ou d'un fluide adapté est appliquée en aval du filtre à particules. Sous l'action de l'air ou du fluide circulant à contrecourant au travers du filtre à particules, les cendres retenues sur la surface amont du filtre sont évacuées. Après nettoyage de la face amont du filtre à particules, les deux tron- çons du dispositif sont réassemblés et le cerclage 46 est remis en place. Le dispositif est alors remonté sur la ligne d'échappement du véhicule. Sur les figures qui suivent sont représentés d'autres modes de réalisation des moyens de liaison des deux tronçons successifs, ainsi que des variantes de réalisation de ces différents modes de réalisation. Sur ces figures, les éléments identiques ou analogues à ceux de la figure 3A sont désignés par les mêmes numéros de référence. Dans le mode de réalisation de la figure 3B, les profils des tronçons successifs 38 et 40 sont modifiés. En particulier, ces tronçons présentent, à leurs extrémités accouplées, des profils tronconiques complémentaires 72,74 assurant un centrage des deux tronçons successifs l'un par rapport à l'autre, lors du montage du pot d'échappement. L'extrémité ouverte du tronçon amont 38 présente un diamètre extérieur progressivement décroissant depuis la bride 44 jusqu'à son extrémité libre. Ainsi, une surface tronconique formant un cône morse est formé à l'extrémité du tronçon 38, l'inclinaison de cette surface tronconique étant comprise entre 10 et 60. Une surface tronconique correspondante s'évasant progressivement vers l'extrémité ouverte est ménagée sur le tronçon aval 40 en arrière de la bride 42. On conçoit que lors de l'emmanchement du tronçon amont 38 dans le tronçon aval 40, la présence des deux surfaces tronconiques 72,74 présentant des surfaces complémentaires assure un centrage satisfaisant des deux tronçons successifs suivant l'axe longitudinal du passage des gaz dans l'enveloppe. De plus, l'application des surfaces 72,74 l'une contre l'autre constitue une barrière étanche évitant l'écoulement des gaz d'échappement hors de l'enveloppe au niveau de l'interruption 34. Dans le mode de réalisation de la figure 4A, le tronçon aval 40 est identique à celui de la figure 3A. En revanche, la couronne 48 de la figure 3A est remplacée par une manchette 80 rapportée autour de la surface extérieure du tronçon amont 38 et soudée à celui-ci. La manchette 80 est formée d'une virole présentant une portion cylindrique 82 prolongée vers l'extrémité ouverte du tronçon amont 38 par une portion tronconique 84 formant bride. Cette portion tronconique 84 s'écarte progressivement vers son extrémité de la paroi généralement cylindrique formant le tronçon amont 38. Entre les brides 82 et 84 est confiné un joint torique 86, ce joint étant appliqué contre la surface latérale extérieure du tronçon amont 38. Ce joint torique 86 est formé par exemple d'une gaine d'acier inoxydable emplie d'un treillis métallique. Dans ce mode de réalisation, le cerclage 46 comporte, d'une part, une bande souple extérieure 90 et, d'autre part, plusieurs gouttières 92 rigides. Ces gouttières rigides présentent une forme générale arquée suivant la courbure extérieure de l'enveloppe. Elles ont, en section, une forme géné- raie de C et comportent deux ailes latérales adaptées pour s'appliquer sur les surfaces externes des brides 42 et 84. La bande souple 90 s'applique sur la périphérie extérieure des gouttières 92 assurant leur plaquage sur les brides 42 et 84. La bande 90 comporte des moyens de serrage non représentés assurant un rapprochement de ses deux extrémités. On conçoit que, sous l'action de la bande souple 90 ceinturant les gouttières 92, celles-ci se trouvent plaquées contre les surfaces externes des brides 42,84. Par effet de came, les deux brides 42,84 sont rapprochées l'une de l'autre suivant la direction de l'axe de circulation des gaz dans l'enveloppe. Les brides se trouvent ainsi plaquées sur le joint torique 86, ce dernier étant écrasé contre la surface externe du tronçon amont 38. Dans la variante de réalisation illustrée sur la figure 4B, les tronçons successifs 38 et 40 comportent des profils complémentaires de centrage constitués, comme dans le mode de réalisation de la figure 3B, par des portions tronconiques constituant des cônes morses complémentaires. Dans le mode de réalisation de la figure 5A, la manchette 80 et le joint 86 sont remplacés par une même manchette 100. Celle-ci est soudée sur la surface extérieure du tronçon amont 38. Elle présente une portion cy- lindrique 102 suivie vers l'extrémité ouverte du tronçon 38 par un bourrelet 104 formant bride. Ce bourrelet comporte une portion tronconique 106 prolongeant la portion cylindrique 102 en s'écartant progressivement de la paroi généralement cylindrique du tronçon amont. Cette portion s'évasant vers l'extrémité libre du tronçon amont 38 est prolongée vers cette extrémité par une portion tronconique convergente 108. Cette surface tronconique se rapproche progressivement de la paroi latérale du tronçon amont 38 en direction de son extrémité libre. L'inclinaison de la portion tronconique 108 est identique à l'inclinaison de la bride 42 ménagée à l'extrémité du tronçon aval 40. Enfin, la manchette 100 est prolongée au-delà de la portion convergente 108 formant bride par une surface d'appui cylindrique 110 rabattue contre la surface latérale exté- rieure du tronçon amont 38 au-dessous du bourrelet 104 délimité par les surfaces tronconiques d'inclinaison opposées 106 et 108. Comme dans le mode de réalisation précédent, le cerclage 46 comporte un ensemble de gouttières rigides 92 et une bande souple 90 enser- rant ces gouttières autour des brides des deux tronçons successifs. Dans le mode de réalisation de la figure 5B, les tronçons successifs présentent en outre des surfaces tronconiques de centrage complémentaires 70,72. Dans chacun des modes de réalisation, les moyens démontables de raccordement 36 s'étendent autour de l'un de l'organe de purification catalytique et du filtre à particules. Ainsi, l'espace libre de transition 22 peut être réduit. De plus, la liaison étant formée autour d'un élément s'étendant dans le passage de circulation des gaz, la solidité de la liaison et son étanchéité se trouvent améliorées. REVENDICATIONS 1.-Dispositif de dépollution des gaz d'échappement d'un moteur thermique comportant une enveloppe extérieure (23) délimitant un passage de circulation des gaz d'échappement et, montés en série dans ledit passage, un organe de purification catalytique (18) et un filtre à particules (20), ladite enveloppe (23) comportant une interruption transversale (34) suivant toute sa périphérie, laquelle interruption (34) sépare l'enveloppe (23) en tronçons successifs (38,40), le dispositif comportant des moyens démontables (36) de raccordement des deux tronçons successifs suivant ladite interruption, caractérisé en ce que lesdits moyens démontables (36) de raccordement s'étendent dans un plan transversal au passage de circulation et passant par l'un de l'organe de purification catalytique (18) et du filtre à particules (20). 2.-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux tronçons successifs (38,40) comportent des extrémités engagées l'une dans l'autre et se chevauchant suivant une partie de la longueur du passage de circulation. 3.-Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'extrémité du tronçon amont (38), en considérant le sens normal d'écoulement du flux dans le passage de circulation, s'étend à l'intérieur de l'extrémité du tronçon aval (40) en considérant le sens normal d'écoulement du flux dans le passage de circulation. 4.-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens démontables de raccordement (36) s'étendent autour dudit organe de purification catalytique (18). 5.-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux extrémités associées des deux tronçons successifs (38,40) présentent des profils tronconiques complémentaires de centrage (72,74). 6.-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens démontables de raccordement (36) comportent une bride périphérique (42,44 ; 80 ; 104) solidaire de chaque tronçon (38, 40) et un cerclage (46) ceinturant les deux brides (42, 44 ; 80 ; 104) et assurant un serrage axial des brides l'une contre l'autre. 7.-Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'au moins l'une (42) des brides périphériques est formée par déformation du tronçon d'enveloppe (40). 8.-Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'au moins l'une des brides périphériques comporte une couronne (48 ; 80 ; 104) rapportée autour dudit tronçon d'enveloppe associé (38). 9.-Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte un joint torique (54 ; 86) interposé entre les deux brides (42,44 ; 80). 10.-Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que ledit cerclage (46) comporte au moins un profil (92) délimitant un canal à l'intérieur duquel sont enserrées les deux brides et un collier (90) de serrage ceinturant le ou chaque profil (82). 11.-Dispositif selon la revendication 2 ou 3 et l'une quelconque des revendications 2 à 10, caractérisé en ce que l'une des brides (44 ; 80 ; 104) s'étend à distance de l'extrémité du tronçon d'enveloppe associé (38) suivant la longueur du passage d'écoulement des gaz d'échappement.