Brevet FR2827907A1 — publié le 20030131

La présente invention concerne des perfectionnements aux dispositifs antipollution équipant les moteurs diesel, notamment sur des autobus ou des camions. La présente invention est notamment intéressante en ce qui concerne la modification de moteurs équipant des véhicules anciens ne comportant pas d'origine de dispositifs antipollution, tels que notamment par exemple des pots catalytiques, et/ou des filtres à particules catalysés ou non. On installe habituellement sur de tels moteurs, en sortie d'échappement, des filtres, par exemple en céramique, qui sont destinés à piéger les particules résiduelles de la combustion. L'élimination ultérieure de ces particules est assurée par des moyens de pyrolyse, dans la mesure où elles sont soumises à des températures de l'ordre de 300 C pendant un temps suffisant déterminé. Or, il arrive que, notamment lorsque le véhicule est contraint de laisser son moteur fonctionner au ralenti ou en faible charge pendant une période de temps conséquente, que la température de pyrolyse n'est pas atteinte, ou l'est pendant un temps insuffisant pour que les particules polluantes subissent la réaction de pyrolyse nécessaire à leur destruction, si bien que l'on assiste alors à un encrassement du dispositif de dépollution. Bien entendu on a proposé différents moyens permettant de fournir une énergie additionnelle à ces particules polluantes, notamment au moyen de résistances chauffantes, mais ces derniers présentent l'inconvénient rédhibitoire d'être très consommateurs d'énergie. La présente invention a pour but de proposer un moyen permettant d'augmenter de façon conséquente la température des gaz d'échappement en sortie du filtre à particules, et donc la température des différents éléments polluants, de façon que cette température atteigne la température de pyrolyse et ce pendant un temps suffisant pour assurer une réaction de pyrolyse complète. La présente invention a ainsi pour objet un dispositif antipollution pour moteurs diesel et notamment pour des moteurs de camions et d'autobus, du type dans lequel l'air alimentant le moteur est admis dans celui-ci par l'intermédiaire d'un compresseur, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens aptes à créer, en entrée du compresseur, une restriction de la section de passage offerte au flux d'air admis dans celui-ci. Suivant l'invention, on créé ainsi une chute de pression à l'entrée du compresseur qui est compensée par un surfonctionnement de celui-ci contraignant le turbocompresseur à fournir un travail supplémentaire afin d'assurer sa surcompression. On constate ainsi, en sortie de moteur, que la température des gaz d'échappement obtenue est supérieure à ce qu'elle était avant que ne soit prévue cette restriction. Cette disposition permet ainsi d'assurer une pyrolyse d'une fraction supplémentaire de résidus d'échappement. Elle permet également, si on le souhaite, de diminuer la quantité de produits de catalyse utilisée dans les pots d'échappement, ou de remplacer ces produits par des produits moins coûteux. Suivant l'invention, le rapport de compression du compresseur augmente, passant par exemple d'une valeur de 1, 8 à une valeur de 2,2. Préférentiellement la restriction de section de passage comportera des moyens de réglage de sa valeur en fonction du régime et/ou de la charge du moteur. Ainsi les moyens de réglage de la restriction de section de passage seront aptes à augmenter cette restriction lorsque le régime du moteur diminuera, ceci en fonction des besoins en température nécessités par le filtre à particules afin de réaliser une pyrolyse correcte. Les moyens de contrôle de la section de passage pourront, par exemple, être constitués d'un registre, ou volet, monté à rotation dans une tubulure d'alimentation en air du compresseur. Ce registre pourra être commandé en rotation par un poumon de régulation prenant en compte la pression existant en sortie du compresseur, de façon à diminuer la restriction de section de passage assurée par le registre lorsque cette pression augmente. On décrira ci-après, à titre d'exemple non limitatif, diverses formes d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel : La figure 1 est une représentation schématique d'un moteur diesel à compresseur équipé d'un dispositif suivant l'invention. La figure 2 est une représentation schématique du moteur diesel représenté sur la figure 1 dont le compresseur est équipé d'un système de régulation par une soupape de décharge. La figure 3 esc une figure schématique montrant un premier dispositif de réglage de la restriction de la section de passage d'air mise en oeuvre dans le dispositif suivant l'invention. La figure 4 est une figure schématique montrant un second dispositif de réglage de la restriction de la section de passage d'air mise en oeuvre dans le dispositif suivant l'invention. La figure 5 est une figure schématique montrant une restriction de la section de passage non réglable mise en oeuvre suivant l'invention. La figure 6 est un graphique représentant le pourcentage du temps pendant lequel les gaz d'échappement d'un camion suivant l'état antérieur de la technique, de type benne à ordures, atteignent différentes températures données au cours d'une tournée. La figure 7 représente le même graphique pour un même camion équipé d'un dispositif suivant l'invention. On a représenté sur la figure 1 un moteur diesel 1 équipé d'un turbocompresseur 3. Pour des raisons de simplicité on n'a représenté sur la figure 1 qu'un seul cylindre 5. Ce cylindre dans lequel se meut un piston 7 comporte à sa partie supérieure une soupape d'admission 9 qui contrôle l'air admis dans le cylindre 5 et une soupape d'échappement 11 qui contrôle les gaz en sortie de celuici. La soupape d'échappement 11 ouvre sur un collecteur d'échappement 14 qui amène les gaz d'échappement à une turbine 15 du turbocompresseur 3 et qui entraîne celui-ci en rotation. Cette turbine 15 évacue les gaz d'échappement vers l'extérieur au moyen d'une tubulure d'échappement 16. La turbine 15 est reliée par un arbre 17 à une roue de compresseur 19 qui aspire de l'air à l'extérieur par une tubulure 21 pour le renvoyer à l'état comprimé, par une pipe d'admission 23, vers la soupape d'admission 9. La tubulure d'échappement 16 est équipée d'un filtre 20 destiné notamment à piéger les particules résiduelles de la combustion et de moyens permettant de les éliminer par pyrolyse. Il a été constaté qu'en créant une restriction de la section de passage située en amont de la roue de compresseur 19, on modifiait le comportement général du turbo-compresseur. En effet, dans la mesure où la pression de suralimentation de celui-ci demeure inchangée, ou très peu changée, la perte de charge créée par l'invention en amont de la roue de compresseur 19 fait travailler le compresseur avec un rapport de compression plus élevé, ce qui a pour effet d'augmenter la température de l'air de suralimentation et surtout celle des gaz d'échappement. On a ainsi constaté que la mise en place suivant l'invention de la restriction de section de passage avait une influence sur certains des paramètres de fonctionnement du moteur ainsi que montré ci-après : - Perte de charge en amont du compresseur....... augmentée - Vitesse de rotation des roues de compresseur.. augmentée - Rapport de pression........................... augmenté - Rendement du compresseur...................... diminué - Température d'entrée turbine chaude........... augmentée Suivant l'invention, on a disposé en entrée de la tubulure 21 d'admission d'air un papillon 30 dont la position en rotation dans cette tubulure permet de régler la section droite de passage de l'air admis. Cette section de passage peut être fonction de la puissance, délivrée par le moteur, de façon que plus celle-ci s'élève moins la restriction de section de passage provoquée par le papillon 30 est importante. De façon plus détaillée, on a représenté sur la figure 3 un exemple de commande permettant d'assurer de façon automatisée cette régulation de la section de passage. Dans ce mode de mise en oeuvre, le papillon 30 est solidaire d'un levier 32 dont l'extrémité libre est reliée par une tige 34 à un poumon de régulation 35, notamment à air comprimé ou électrique. Le poumon de régulation 35 représenté sur la figure 3 est un poumon à air comprimé constitué d'une capsule divisée en deux chambres 35a et 35b par une membrane 36, la première chambre 35a étant occupée par un ressort de compression 37 et l'autre chambre 35b étant en communication par une conduite 38 avec l'intérieur du collecteur d'admission 23. On comprend, dans ces conditions que, lorsque la pression de l'air monte à l'intérieur du collecteur d'admission, cette pression augmente dans la chambre 35b ce qui a pour effet de comprimer le ressort 37 et donc de repousser vers le haut, sur le dessin, le levier 32 avec pour effet d'ouvrir davantage le papillon 30 et de diminuer la restriction de section de passage (autrement dit augmenter la section de passage) offerte à l'air en entrée du compresseur. La régulation de la restriction de section de passage peut être effectuée également au moyen d'un régulateur électrique 40 qui commande, par l'intermédiaire d'une tige 41, une guillotine 42 qui se déplace transversalement à la tubulure d'admission d'air 21, et permet, en fonction de sa position, de régler la restriction du passage offert à l'air dans cette tubulure 21. On peut également, suivant l'invention, faire appel ainsi que représenté sur la figure 5 à une restriction de section de passage fixe. Dans ce cas, préférentiellement, la section de passage sera déterminée par les calculs de façon à créer une restriction de section de passage portant sur le débit maximal du moteur. On a remarqué que la présente invention se révélait particulièrement efficace dans le cas d'un turbocompresseur régulé par une soupape de décharge, ainsi que représenté sur la figure 2. Dans ce mode de mise en oeuvre, la soupape de décharge 50 établit un court-circuit contrôlé dans le circuit du collecteur d'échappement 14 en effectuant une dérivation 51 de celui-ci vers la tubulure d'échappement 16. A cet effet, la soupape de décharge 50 est constituée d'un système de régulation 52 permettant notamment, lorsque la pression devient trop forte dans le circuit d'admission 23, de dévier, par le circuit de dérivation 51, une partie des gaz d'échappement directement dans la tubulure d'échappement 16, privant ainsi le turbocompresseur 3 d'une partie de l'énergie reçue. On notera également que le présent dispositif est pourvu de moyens permettant, lorsque la température des gaz d'échappement atteint des valeurs élevées incompatibles avec les différents systèmes utilisés, de fermer le circuit de dérivation de ces gaz d'échappement. De tels moyens de régulation sont particulièrement intéressants pour une bonne mise en oeuvre de la présente invention dans la mesure où le turbocompresseur étant contraint de travailler avec une pression de suralimentation déterminée, la température des gaz d'échappement montera à une valeur plus élevée que la normale d'autant plus facilement. On sait que pour qu'une pyrolyse soit efficace, les résidus doivent être soumis à une température de l'ordre de 300 C pendant au moins un temps déterminé qui est de l'ordre de 15% du temps de fonctionnement du moteur. A titre de comparaison, on a représenté sur les figures 6 et 7 le pourcentage du temps (% t) pendant lequel les gaz d'échappement atteignent des températures déterminées ( C), et notamment la température de 300 C, sur un même camion de type benne à ordures ménagères au cours de tournées de ramassage effectuées par celui-ci, respectivement dans un cas où le moteur de ce camion est conforme à l'état antérieur de la technique et dans un cas où le moteur de celui-ci est équipé du dispositif suivant l'invention. Ainsi que l'on peut le constater sur la figure 6, dans le cas d'un moteur de type classique, la température de pyrolyse de 300 C n'est atteinte que pendant environ 6% du temps, ce qui est insuffisant pour assurer une pyrolyse efficace. Par contre dans le cas d'un moteur équipé d'un dispositif suivant l'invention, on constate, ainsi que représenté sur la figure 7, que la température de pyrolyse de 300 C est atteinte pendant environ 18% du temps de fonctionnement, ce qui, suivant les critères établis permet d'assurer par pyrolyse un nettoyage efficace des résidus de combustion qui polluent le filtre 20. REVENDICATIONS 1.-Dispositif antipollution pour moteurs diesel et notamment pour des moteurs de camions et d'autobus, du type dans lequel l'air alimentant le moteur (1) est admis dans celui-ci par l'intermédiaire d'un compresseur (3), ce moteur étant pourvu de moyens de filtration des résidus de combustion et de moyens d'élimination de ces résidus par pyrolyse, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (30, 42,60) aptes à créer, en entrée du compresseur (3), une restriction de la section de passage offerte au flux d'air admis dans celui-ci. 2.-Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la restriction de section de passage comporte des moyens de réglage de sa valeur en fonction du régime et/ou de la charge du moteur, et/ou des besoins en température des moyens d'élimination des résidus. 3.-Dispositif suivant la revendication 2 caractérisé en ce que les moyens de réglage de la restriction de section de passage (30,42) sont aptes à augmenter cette restriction lorsque le régime du moteur diminue. 4.-Dispositif suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le moteur (1) est muni d'un système de régulation, ou soupape de décharge (50) apte à court-circuiter vers la tubulure d'échappement (16) une partie des gaz d'échappement lorsque la pression de l'air en entrée de la chambre de combustion (13) devient élevée. 5.-Dispositif suivant la revendication 2 caractérisé en ce que les moyens de contrôle de la section de passage sont constitués d'un registre (30), ou volet, monté à rotation dans une tubulure (21) d'alimentation en air du compresseur (3). 6.-Dispositif suivant la revendication 5 caractérisé en ce que le registre (30) est commandé en rotation par un poumon de régulation prenant en compte la pression existant en sortie du compresseur (3), de façon à diminuer la restriction de section de passage assurée par le registre (30) lorsque cette pression augmente.