Brevet FR2829182A1 — publié le 20030307

faible charge.. La présente invention concerne une installation d' épuration des gaz d' échappement pour une machine à combustion interne, notamment pour un véhicule, avec un pot catalytique muni d'un catalyseur de gaz d'échappement attribué et d'un orifice d'admission pour le raccordement d'une conduite de tuyau de gaz d'échappement. Par la publication DE 31 20 212 A1, on connaît un dispositif traversé par du gaz, muni d'un entonnoir d'entrée avec des empreintes opposées l'une par rapport à l'autre. Les empreintes servent à comparer l'écoulement ou à obtenir une répartition de l'écoulement souhaité par l'intermédiaire de sections de trajet du gaz sans que des pertes considérables ne se produisent alors. Il est principalement question, pour le dispositif traversé par du gaz, de filtres ou de dispositifs de traitement catalytiques ou de catalyseurs de gaz d'échappement. En outre, on connaît des diffuseurs de types différents utilisés également en évitant une chute considérable de pression en comparant les écoulements de gaz. Les catalyseurs de gaz d'échappement des véhicules sont d'une part soumis à des contraintes thermiques et mécaniques particulières, notamment lorsqu'ils sont montés à proximité du moteur, et doivent d'autre part posséder une grande efficacité, même en cas de conditions de fonctionnement défavorables du côté du moteur, comme par exemple en cas de températures de gaz d'échappement peu élevées. En cas de charge élevée notamment, les gaz d'échappement du moteur présentent une température élevoe et peuvent provoquer un vieillissement non souhaité du catalyseur. Dans ces conditions, les gaz d'échappement du moteur contiennent en outre des composants qui ne sont pas entièrement brûlés, en raison d'un graissage du mélange, et une certaine fraction d'oxygène résiduel, en raison d'un brûlage incomplet. Ainsi on obtient une réactivité du gaz d'échappement, ce qui peut entraîner que des résctions ultérieures exothermiques se produisent dans le catalyseur, notamment dans sa zone d'entrée. La libération de la chaleur qui y est liée renforce la contrainte thermique du catalyseur et peut provoquer sa destruction. Lorsqu'ils sont montés à proximité du moteur, les catalyseurs de gaz d'échappement sont en outre contraints mécaniquement par des poussées de gaz en cas de vitesses élevoes. Ces poussées de gaz sont la conséquence d'opérations de mouvement de gaz du moteur et exercent une action érodante et abrasive sur le revêtement catalytique du catalyseur de gaz d'échappement, ce qui réduit également sa durée de vie. Pour une action efficace en cas de conditions défavorables, comme par exemple en cas de démarrage à froid du moteur ou de fonctionnement à chaud du moteur, une grande efficacité du catalyseur est notamment requise, ce pour quoi il faudrait indiquer la meilleure utilisation possible du catalyseur ou une répartition égale de l'écoulement des gaz d'échappement sur la surface d'entrée du catalyseur. Le but de l' invention consiste à indiquer une installation d'épuration des gaz d'échappement permettant un fonctionnement meilleur et plus fiable du catalyseur attribué. Ce but est atteint selon l' invention par une installation d'épuration des gaz d'échappement avec un élément d'étranglement placé dans le pot catalytique de telle sorte qu'une première chambre de réaction située entre l'élément d'étranglement et l' orifice d'admission, et qu'une deuxième chambre de réaction située entre l'élément d'étranglement et le catalyseur de gaz d'échappement, sont formoes par l' élément d' étranglement. Selon l' invention, un élément d'étranglement est placé dans le pot catalytique de l' installation d'épuration des gaz d'échappement de telle sorte qu'une première chambre de réaction situce entre l'élément d'étranglement et l' orifice d' admission, et qu'une deuxTème chambre de réaction située entre l'élément d'étranglement et le catalyseur de gaz d'échappement, sont formées par l'élément d'étranglement. Dans ces chambres de réaction, des réactions ultérieures peuvent se produire à partir de composants de carburant incomplètement brûlés avec des fractions d'oxygène résiduelles dans le gaz d'échappement. A la différence d'un diffuseur, l'élément d'étranglement provoque d'une part une certaine retenue de l'écoulement du gaz en amont de l'élément d'étranglement dans la première chambre de réaction, et d'autre part un mélange et un tourUillonnement de l'écoulement de gaz en aval dans la deuxième chambre de réaction. Dans la réalisation de l' invention, l'élément d'étranglement est réalisé comme écran avec une perforation réqulière. Grâce à cette réalisation de l'élément d'étranglement, on obtient un mélange homagène des gaz d'échappement dans la deuxième chambre de réaction, ce qui améliore le déroulement des réactions ultérieures, répartit de manière égale l'écoulement de gaz sur la surface d'entrce du catalyseur et recueille les poussées de gaz de manière homogène. Dans une autre réalisation de l' invention, l'élément d'étranglement présente une paroi cintrée à l'opposé du sens d'écoulement. Ainsi, on obtient d'une part une stabilité mécanique plus élevée et d'autre part les dilatations thermiques inévitables du fait des contraintes thermiques peuvent être absorbées de manière avantageuse. Dans une autre réalisation de l' invention, l'élément d'étranglement est réalisé comme tôle perforée en métal à haute résistance thermlque et/ou catalytique. Le fait que l'élément d'étranglement soit fabriqué comme une tôle perforée est particulièrement avantageux en raison des techniques de fabrication. En raison des contraintes thermiques élevées du pot catalytique, inséré principalement à proximité du moteur, la tôle perforée est fabriquce par exemple en acier fortement allié. Des aciers fortement alliés présentent souvent des propriétés catalytiques, ce qui produit le déroulement de réactions ultérieures sur la surface de la tôle perforce. Grâce au choix du matériau métallique approprié, ses propriétés catalytiques peuvent être utilisées de manière avantageuse. Dans une autre réalisation de l' invention, l'élément d'étranglement est réalisé comme blindage thermique entre l'ouverture d' admission du pot catalytique et le catalyseur. Grâce à la séparation entre la première et la deuxième chambre de réaction, l'élément d'étranglement agit comme un blindage avant la libération thermique provoquce par des réactions ultérieures dans la première chambre de réaction. La chaleur libérée est évacuée vers la paroi du pot catalytique à l' aide de l'élément d'étranglement, et en outre l'effet direct du rayonnement de la chaleur, lequel provient de la première chambre de réaction, est évité. D'autres caractéristiques et combinaisons de caractéristiques résultent de la description ainsi que du dessin. Des exemples concrets de l' invention sont représentés de manière simplifice dans le dessin, et explicités dans la description suivante. L'unique figure reprAsente un croquis du modAle d'exAcution d'une installation d'Apuration des gaz. Une installation d'Apuration des gaz d'Achappement 1 prAsente un pot catalytique 2, lequel est dessinA en coue partielle en figure 1. Les gaz d'Achappement expulss par un moteur combustion non reprAsent sont recucillis par deux collecteurs de gaz d'Achappement lOa, lOb et transmis par les tuyaux d'6chappement Sa, Sb. Le gaz d'Achappement est amend vers deux orifices d'admission 4a, 4b du pot catalytique 2 et d'un catalyseur 3 de gaz d'Achappement placA l'int6ieur de celui-ci, par l'intermAdiaire de tuyaux d'6chappement. Une fois que le catalyseur 3 a At travers4, les gaz d'Achappement sont AvacuAs hors du pot catalytique 2 par l'intermAdiaire d'un support de tuyau d'Amission 9. Le catalyseur 3 est ici rdalisA comme un corps en nid d'abeilles et sert de catalyseu de dAmarrage ou de prAcatalyseur dans une installation d'Apuration des gaz d'6chappement 1 qui peut contenir en aval Agalement d' autres dispositifs de recyclage des gaz d' Achappement non reprAsents. Selon ce fonctionnement, l' installation d'Apuration des gaz d'4chappement 1 est place relativement prAs du moteur, ceci explique que les pertes thermiques par les conduites courtes lOa, lOb, Sa, Sb de maniAre correspondante vers le pot catalytique 2 sont rAduites. Ceci est important d'une part pour Aviter un autre refroidissement, par exemple si le moteur fonctionne chaud avec un gaz d'Achappement relativement froid, et ainsi pour obtenir un dAclenchement prAcoce du catalyseur 3. Pour les mmes raisons, une utilisation la plus complte possible du catalyseur 3 devrait tre garantie, c'est-- dire une rApartition la mieux homogAne possible de l'Acoulement des gaz d'Achappement sur sa suface d'entre. D'autre part, le montage du catalyseur à proximité du moteur, notamment en cas de charge du moteur, provoque une contrainte thermique élevée. En cas de pleine charge, les températures de gaz en sortie peuvent atteindre 1000 C et plus. Avec une contrainte thermique croissante, le catalyseur 3 ou le revêtement catalytique semblent cependant plus altérés. Ces altérations sont par exemple constituées de frittage avec diminution de la surface géométrique et s'accompagnent d'une réduction de l'activité catalytique. Si le gaz d'échappement entrant dans le catalyseur 3 contient des composants capables de réagir, les réactions correspondantes se produisent dans le catalyseur comme réactions ultérieures. En cas d'enrichissement en pleine charge du moteur, le gaz d'échappement contient de plus grandes quantités de composants de carburant incomplètement brûlés et/ou d' autres produits d' une combustion incomplète. Si en même temps une certaine fraction d'oxygène résiduel est contenue dans le gaz d'échappement, les réactions ultérieures ou combustions ultérieures sont liées à une libération thermique plus importante. Celle-ci peut, lors de la forte contrainte thermique du catalyseur 3, existante sans les conditions citées, surchauffer celui-ci localement ou même le détériorer complètement. Pour des charges élevées du moteur, un écoulement massique du gaz d'échappement, important lui aussi, représente en outre, en cas de vitesse élevoe simultanée, et ainsi une grande tenue de l'impulsion du gaz d'échappement. Les poussoes de gaz provoquées par les opérations de mouvement de gaz du moteur renforcent la contrainte mécanique du catalyseur 3 qui y est liée. Si les poussées de gaz agissent directement sur le catalyseur 3, il se produit alors une érosion du revêtement du catalyseur t partant de ce que celui-ci est emporté, ce qui a pour conséquence une perte correspondante de l'efficacité catalytique. Pour cela, selon l' invention il est prévu un élément d'étranglement 6, réalisé comme tôle perforée, disposé dans le pot catalytique 2 dans le sens de l'écoulement, vu avant le catalyseur de gaz d'échappement 3, de sorte qu'une première chambre de réaction 7 et une deuxième chambre de réaction 8 sont formées. Du fait de la présence de la tôle perforée 6 et de la formation ainsi obtenue des chambres de réaction 7, 8, des possibilités supplémentaires sont réalisées pour le déroulement des réactions ultérieures citées cidessus ou des combustions ultérieures. Ceci est provoqué dans la première chambre de réaction 7 par l'effet de retenue obtenu à l'aide de la tôle perforée 6 avec une réduction correspondante des vitesses d'écoulement et une amélioration des possibilités de contact des-composants des gaz d'échappement entre eux. En outre, la tôle perforée 6 permet d'obtenir un tourbillonnement et un mélange du gaz d'échappement dans la deuxième chambre de réaction 8 par détachement de courant sur la perforation agissant comme un écran. Ceci favorise le déroulement d'autres réactions ultérieures dans la deuxième chambre de réaction 8. Enfin la tôle perforce possède un effet de blindage thermique et améliore en même temps une dissipation de chaleur sur le pot catalytique 2. Le tourbillonnement et le mélange du gaz d'échappement dans la deuxième chambre de réaction 8 obtenus par la tôle perforée 6 ont en outre comme conséquence qu'on obtient une répartition égale de l'écoulement du gaz d'échappement sur la surface du catalyseur 3. La tôle perforée 6 placée dans le sens de l'écoulement avant le catalyseur 3 équilibre ainsi non seulement une répartition inégale de l'écoulement des gaz d'échappement, présente dans la zone d'entrée du pot catalytique 2, mais agit en plus comme blindage avant les impulsions de poussée de gaz, qui sinon ne seraient pas freinces et seraient orientées vers la surface du catalyseur 3. Les effets cités de la plaque perforée 6 sont obtenus de manière avantageuse si celle-ci présente une paroi, ou une surface, légèrement cintrée à l'opposé du sens d'écoulement du gaz, avec une perforation réqulière. Cette forme est d'une part très avantageuse du point de vue technique d' écoulement, d' autre part des contraintes thermiques ou des dilatations thermiques peuvent être recueillies de manière avantageuse. En outre, cette forme contribue généralement à l' augmentation de la stabilité mécanique. Les trous formant la perforation sont de préférence ronds, mais peuvent cependant être aussi en forme de fente, ovales ou présenter une autre forme avantageuse de technique d'écoulement, avec laquelle on peut obtenir les effets cités ci-dessus. La proportion de surface perforce par rapport à toute la surface de la tôle perforée est utilement d' environ 40% à 90%. Ainsi on donne d'une part une stabilité macanique suffisante et d'autre par un effet avantageux du point de vue de la technique d'écoulement. Se lon l a tai l le du pot cat al yt ique 2 ou du cata lys eur 3, la tôle perforce 6 est placée à une distance de 10 mm à mm avant la surface du catalyseur 3 dans le pot 2, et fixce géométriquement par exemple au moyen de soudures. L'épaisseur du matériau de la tôle perforée 6 s'aligne principalement sur les propriétés du métal de préférence à haute réaistance thermique et est de préférence de 0,8 mm à 3,0 mm. On utilise de préférence un acier fortement allié. On peut utiliser notamment des aciers à teneur en nickel, puisqu'ils agissent souvent de manière catalytique. Ainsi des réactions ultérieures, se déroulant selon un mécanisme hétérogène, se produisent sur les surfaces de contact formées par la tôle perforée 6. En choisissant le matériau de manière adaptée ou en appliquant un revêtement supplémentaire sur la tôle perforée 6, cet effet peut encore être renforcé. Dans l' ensemble, la tôle perforée 6 sert ainsi à faire fonctionner le catalyseur 3 de manière sûre et fiable, et augmente ainsi sa durée de vie. Et ceci pas seulement du fait de la réduction de sa contrainte thermique, en raison des chambres de réaction 7, 8, dans lesquelles les réactions ultérieures et combustions ultérieures sont pré- déplacées, et ainsi maintenues à distance du catalyseur 3. La tôle perforée 6 agit en outre, comme il est décrit, comme blindage thermique et mécanique. La dernière propriété citée permet notamment de réduire les contraintes abrasives et érodantes du catalyseur 3. REVENDICATIONS 1. Installation d'épuration des gaz d'échappement (1) pour une machine à combustion interne, notamment pour un véhicule, avec un pot catalytique (2) muni d'un catalyseur de gaz d' échappement (3) attribué et d' un orifice d' admission (4a, 4b) pour le raccordement d'une conduite de tuyau de gaz d'échappement (5a, 5b), caractérisée en ce qu'un élément d'étranglement (6) est placé dans le pot catalytique (2) de telle sorte qu'une première chambre de réaction (7) situce entre l'élément d'étranglement (6) et l' orifice d'admission (4a, 4b), et qu'une deuxième chambre de réaction (8) située entre l'élément d'étranglement (6) et le catalyseur de gaz d'échappement (3), sont formées par l'élément d'étranglement (6). 2. Installation d'épuration des gaz d'échappement (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément d'étranglement (6) est réalisé comme écran avec une perforation réqulière. 3. Installation d'épuration des gaz d'échappement (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'élément d'étranglement (6) présente une paroi cintrée à l'opposé du sens d'écoulement. 4. Installation d'épuration des gaz d'échappement (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que 1'élément d'étranglement (6) est réalisé comme tôle perforée en métal à haute résistance thermique et/ou catalytique. 5. Installation d'épuration des gaz d'échappement (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'élément d'étranglement (6) est réalisé comme blindage thermique entre l'ouverture