Brevet FR2824594A1 — publié le 20021115

La présente invention concerne un procédé de refroidissement des gaz d'échappement dans des véhicules automobiles, en particulier dans des véhicules automobiles ayant un catalyseur à accumulation de NOx et/ou un autre système de catalyseur. L'invention concerne en outre un dispositif pour la réalisation de ce procédé. Des catalyseurs de gaz d'échappement comprennent en général une plage opérationnelle thermique optimale relativement limitée afin de garantir une purification des gaz d'échappement conforme aux prescriptions, qui se situe par exemple pour des catalyseurs à accumulation de NOx entre environ 200 C et 500 C. En dessous de cette plage, les catalyseurs de gaz d'échappement ne sont pas encore suffisamment actifs au niveau catalytique pour être pleinement fonctionnels et accumuler les substances nocives indésirables présentes dans les gaz d'échappement et/ou les transformer en substances non nocives, tandis qu'au-dessus de cette plage, il se produit tout d'abord une très forte désactivation provoquée par une importante altération thermique, et enfin même une destruction du catalyseur en raison de la surchauffe. Une conséquence moins grave est également, par exemple, que des moteurs à allumage par étincelle à fonctionnement maigre doivent souvent être exploités avec lambda = 1 à des températures plus élevées de gaz d'échappement, bien que le procédé de combustion autoriserait encore un fonctionnement maigre associé à une faible consommation de carburant. Dès lors que la température d'un catalyseur est essentiellement déterminée par la température des gaz d'échappement qui le traversent, le contrôle, et en particulier la limitation de la température des gaz d'échappement par des mesures liées au moteur et/ou un refroidissement ciblé des gaz d'échappement revêt en conséquence une importance primordiale pour le bon fonctionnement de catalyseurs de gaz d'échappement. Dans l'état actuel de la technique, on connaît des procédés pour refroidir les gaz d'échappement dans la zone de collecteur d'installations d'échappement dans des véhicules automobiles, dans lesquels de l'air froid est amené vers le collecteur par pression dynamique à partir de la zone avant du véhicule par le biais d'une conduite d'air. L'arrivée de l'air froid peut en outre être commutée au moyen d'un clapet. Cette technique n'est toutefois optimale que pour des concepts où le collecteur se situe à l'avant, en particulier dans des véhicules automobiles à moteur transversal à l'avant. On connaît également des installations d'échappement qui permettent une élimination accrue de la chaleur dans la zone du dessous de caisse au moyen d'un agrandissement de la superficie des tuyaux de gaz d'échappement, comme par exemple par la formation d'installations à conduites multiples. Un inconvénient est toutefois que l'élimination de chaleur d'un tel échangeur de chaleur des gaz d'échappement à conduites multiples ne peut pas être diminuée en cas de besoin, par exemple pendant une opération de désulfatage. Pour diminuer l'élimination de chaleur dans de tels cas, il est connu de faire circuler le flux des gaz d'échappement chauds par une conduite de circulation hors de l'échangeur de chaleur à conduites multiples ou de tout autre échangeur de chaleur des gaz d'échappement installé et de réaliser ainsi une possibilité de commutation de l'élimination de chaleur au niveau des gaz d'échappement. Les clapets de gaz d'échappement nécessaires à cette fin sont toutefois assez coûteux, avec une sécurité d'utilisation inconnue au cours de la durée de vie du véhicule. En conséquence, la présente invention a pour but de fournir un procédé simple, flexible et efficace pour le refroidissement des gaz d'échappement, qui permet une élimination de la chaleur adaptée aux besoins en vue d'un contrôle optimal de la température des gaz d'échappement et, de la température du catalyseur. Elle a également pour but de fournir un dispositif pour la mise en #uvre de ce procédé. Ce but est atteint selon l'invention en ce que la ventilation de l'installation d'échappement d'un véhicule automobile au moyen d'air dans la zone du dessous de caisse, en particulier dans la zone d'au moins un échangeur de chaleur et/ou d'au moins une installation de catalyseur de l'installation d'échappement, est commandée par un dispositif de commande approprié et en ce que le faible niveau de température de l'air à l'arrivée est réglé précisément pour l'élimination de l'énergie thermique excessive et pour le refroidissement des gaz d'échappement. L'élimination de chaleur est donc réalisée au niveau de l'air froid, et non comme dans l'état actuel de la technique au niveau des gaz d'échappement, de telle sorte qu'on supprime les problèmes décrits plus haut des procédés connus liés à une élimination de chaleur impossible à diminuer en cas de besoin ou aux clapets de gaz d'échappement. Du fait du déplacement du refroidissement des gaz d'échappement dans la zone du dessous de caisse du véhicule, le procédé selon l'invention est en outre sensiblement plus flexible et plus polyvalent qu'un refroidissement réalisé selon la technique traditionnelle dans la zone du collecteur. Afin d'améliorer le comportement d'afflux et de circulation d'air, le flux d'air est par ailleurs dirigé au moyen du dispositif de commande, de préférence sous un angle déterminé d'environ 20 à 70 , et en particulier toutefois de 35 à 55 , par rapport à l'axe longitudinal d'au moins un échangeur de chaleur et/ou d'au moins un dispositif de catalyseur. La commande selon l'invention est réalisée selon les besoins en fonction des conditions d'utilisation du moteur à combustion interne adjoint du véhicule, comme par exemple la vitesse de circulation et/ou l'accélération du véhicule, et/ou des conditions d'utilisation de l'installation de catalyseur, au moins au nombre d'une, comme par exemple la température du catalyseur et/ou les données caractéristiques ou de commande d'éventuelles mesures de chauffage du catalyseur, de telle sorte que, en conjonction avec des mesures appropriées au niveau du moteur, une température optimale des gaz d'échappement est toujours garantie. La circulation d'air est de préférence commandée par un premier dispositif à volets d'air en particulier à réglage continu, comme par exemple au moins un dispositif de volets à lamelles, qui est de préférence agencé en position adjacente à l'installation d'échappement à une distance déterminée et dans une inclinaison déterminée afin de pouvoir conduire un flux d'air froid aussi fort que possible contre l'installation d'échappement dans la position ouverte. Afin d'augmenter l'efficacité, il est de préférence agencé en position adjacente à un dispositif d'échangeur de chaleur de l'installation d'échappement, comme par exemple un échangeur de chaleur à conduites multiples ou un dispositif similaire, ou en position adjacente à un dispositif de catalyseur, comme par exemple un catalyseur à accumulation de NOx. Pour la commande du flux d'air, l'amélioration du comportement d'afflux et l'augmentation de la garde au sol, la distance et/ou l'inclinaison du dispositif à volets d'air ou à lamelles, au nombre d'au moins un, peuvent être modifiées en cas de besoin par rapport à l'installation d'échappement. Afin d'assurer une garde au sol optimale dans des situations de conduite critique, cette modification est de préférence effectuée au moyen d'un simple réglage en hauteur au point d'articulation arrière d'un support de volets à air ou de lamelles. Afin d'atteindre un refroidissement optimal, différents groupes de lamelles ou différentes lamelles du dispositif à volets à lamelles peuvent de préférence être commandés de manière sélective. Le réglage s'effectue alors en particulier en continu, mais il peut également comprendre une commutation entre deux positions extrêmes ou entre plusieurs positions intermédiaires. Afin d'améliorer le comportement de circulation d'air, des tôles de guidage d'air peuvent être montées sur l'échangeur de chaleur, au nombre d'au moins un, ou sur l'installation de catalyseur, au nombre d'au moins une, lesquelles tôles sont de préférence inclinées en sens contraire par rapport au dispositif à volets d'air ou à lamelles dans un angle déterminé par rapport à l'axe longitudinal du dispositif d'échangeur de chaleur ou du dispositif de catalyseur et font saillie latéralement à une distance déterminée sur toute la circonférence. L'inclinaison des tôles de guidage d'air est comprise de préférence entre 20 et 70 , et en particulier toutefois entre 35 et 55 . En complément ou en variante à l'invention décrite de volets d'air ou à lamelles, de l'air froid peut également être amené au moyen d'une cheminée de conduite d'air vers la zone à refroidir de l'installation d'échappement, comme par exemple un échangeur de chaleur à conduites multiples. L'arrivée d'air s'effectue alors de préférence à partir de la zone de pression dynamique la plus élevée dans la zone de l'extrémité avant du véhicule, par exemple en dessous d'un pare-chocs, le flux d'air étant commandé en continu au moyen d'un deuxième dispositif à volets à lamelles. Un dispositif approprié pour la mise en #uvre de ce procédé de refroidissement des gaz d'échappement à commutation au niveau de l'air froid selon l'invention est caractérisé par un dispositif de commande pour le flux d'air circulant autour de l'installation d'échappement d'un véhicule, lequel dispositif comprend de préférence un premier dispositif à volets d'air à réglage continu, en particulier toutefois au moins un dispositif à volets à lamelles agencé en position adjacente, à une distance et un angle déterminés, de façon réglable en hauteur et/ou en inclinaison, par rapport à un dispositif d'échangeur de chaleur et/ou un dispositif de catalyseur de l'installation d'échappement, pour produire un afflux transversal ou oblique aussi fort que possible, dont les lamelles peuvent être commandées selon les besoins de façon sélective individuellement ou par groupes. Le dispositif de commande peut de préférence également comprendre des tôles de guidage d'air sur le dispositif d'échangeur de chaleur ou le dispositif de catalyseur, au nombre d'au moins un, lesquelles sont inclinées dans un angle déterminé a en sens contraire du dispositif à volets d'air ou à lamelles par rapport à l'axe longitudinal ou à l'horizontale afin d'améliorer le comportement d'afflux. L'inclinaison se situe de préférence entre environ 20 et 70 , et en particulier toutefois entre 35 et 55 . En variante ou en complément à cela, le dispositif de commande peut également comprendre une cheminée de conduite d'air pouvant être commandée en continu au moyen d'un deuxième dispositif à volets d'air pour acheminer de l'air froid, dont l'entrée est agencée dans la zone de pression dynamique la plus élevée dans la zone de l'extrémité avant du véhicule, par exemple en dessous d'un pare-chocs. D'autres particularités, caractéristiques et avantages de la présente invention résultent de la description ciaprès d'un exemple de réalisation préféré de l'invention en conjonction avec les dessins correspondants. Dans les dessins, dans lesquels les éléments similaires sont désignés par les mêmes références, dans une représentation schématique : la figure 1 montre une vue latérale d'une partie, réalisée en tant qu'échangeur de chaleur à conduites multiples, d'une installation d'échappement d'un véhicule automobile avec un volet à lamelles pour la commande selon l'invention de la circulation d'air dans une position ouverte (figure la) et dans une position fermée (figure 1b) ; et la figure 2 montre l'exemple de réalisation selon la figure la avec une arrivée d'air dirigée au moyen d'une cheminée de conduite d'air pouvant être commandée. Les figures montrent chacune une partie d'un tuyau d'échappement 10 installé d'une manière traditionnelle sur le dessous de caisse d'un véhicule automobile (non représenté), lequel est réalisé dans une zone en tant qu'échangeur de chaleur à conduites multiples 12 en vue d'un meilleur refroidissement des gaz d'échappement qui y circulent. D'autres formes structurelles d'échangeurs de chaleur sont néanmoins envisageables. Afin d'améliorer le comportement d'afflux selon l'invention, l'échangeur de chaleur à conduites multiples 12 est équipé de plusieurs tôles de guidage d'air 14 agencées l'une derrière l'autre à distance égale, qui s'étendent transversalement sur l'échangeur de chaleur 12 et sont inclinées d'un angle a déterminé d'environ 55 par rapport à son axe longitudinal de telle sorte que l'air affluant est capturé et dirigé en oblique de bas en haut sur les différentes conduites de l'échangeur de chaleur à conduites multiples 12, ce qui engendre naturellement un refroidissement correspondant de l'échangeur de chaleur 12 et des gaz d'échappement y circulant. En vue d'une meilleure capture et direction de l'air, les tôles de guidage d'air 14 sont réalisées légèrement en saillie sur la circonférence de l'échangeur de chaleur à conduites multiples 12. Sous l'échangeur de chaleur à conduites multiples 12 est agencé un volet ou déflecteur à lamelles 16, qui comprend une pluralité de lamelles individuelles 18 pouvant être commandées individuellement et réglées en continu et qui s'étend sur toute la longueur et la largeur de l'échangeur de chaleur à conduites multiples 12. En vue de l'amélioration de son fonctionnement, le volet à lamelles 16 est incliné en sens contraire des tôles de guidage d'air 14 par rapport à l'axe longitudinal de l'échangeur de chaleur à conduites multiples 12 ou à l'horizontale. Afin de modifier précisément le comportement d'afflux et de garantir une garde au sol optimale dans des situations de conduite critiques, le déflecteur à lamelles 16 est réalisé de façon réglable en hauteur sur le point d'articulation arrière 20 du support de lamelles. Afin d'augmenter la garde au sol, le déflecteur à lamelles 16 peut également être agencé, le cas échéant, latéralement à l'échangeur de chaleur à conduites multiples 12. Le cas échéant, plusieurs déflecteurs à lamelles 16 peuvent également être utilisés et agencés de façon appropriée pour atteindre une circulation transversale ou oblique suffisante à travers l'échangeur de chaleur à conduites multiples 12. En complément du déflecteur à lamelles 16 ou en variante à celui-ci, au moins un déflecteur à lamelles comparable ou un quelconque dispositif à volets d'air peut également être agencé en position adjacente à un dispositif de catalyseur monté en série (non représenté), comme par exemple un catalyseur à accumulation de NOx, et utilisé par une commande précise de la circulation d'air en vue d'un refroidissement direct de ce dispositif de catalyseur. La figure la montre la position de repos ou par défaut ouverte du déflecteur à lamelles 16, où les différentes lamelles 18 sont toutes entièrement ouvertes de telle sorte que l'air affluant dans la direction longitudinale est capturé par les lamelles 18 en position oblique, modifié dans sa direction de circulation et dirigé vers le haut sensiblement parallèlement aux tôles de guidage d'air 14 à travers l'échangeur de chaleur à conduites multiples 12, avant de ressortir sur le côté supérieur de celui-ci. Cette forte circulation ciblée d'air ajoutée à l'air ambiant relativement froid autour des différentes conduites de l'échangeur de chaleur à conduites multiples 12 provoque, du fait de l'effet de refroidissement produit, la diminution ou tout au moins la limitation souhaitée de la température des gaz d'échappement. En fonction des conditions d'utilisation du moteur à combustion interne associé (non représenté) du véhicule automobile, comme par exemple la vitesse de conduite et/ou l'accélération du véhicule, et/ou des conditions d'utilisation d'un dispositif de catalyseur éventuellement monté en série ou directement adjoint, comme par exemple la température du catalyseur ou les données caractéristiques ou de commande d'éventuelles mesures de chauffage du catalyseur, le déflecteur à lamelles 16 est entièrement ou partiellement fermé afin de diminuer le refroidissement, de réduire la résistance à l'air ou d'affaiblir les émissions de bruit au moyen d'une commande sélective des différentes lamelles 18 ou de différents groupes de lamelles. La commande s'effectue en continu, mais une commutation entre deux positions extrêmes et/ou une commutation entre des positions intermédiaires supplémentaires déterminées est également possible. En cas de fermeture complète du déflecteur à lamelles 16, comme l'illustre la figure 1b, l'air affluant qui frappe le déflecteur à lamelles 16 est totalement dirigé à côté de l'échangeur de chaleur à conduites multiples 12 et un refroidissement correspondant est ainsi évité. Dans l'exemple de réalisation selon l'invention illustré à la figure 2, l'air utilisé pour le refroidissement est dirigé par une cheminée de conduite d'air 22 supplémentaire sur le déflecteur à lamelles 16, dont l'entrée se situe dans la zone de pression dynamique la plus élevée dans la zone d'extrémité avant 24 en dessous d'un pare-chocs du véhicule. L'entrée 26 de la cheminée de conduite d'air 22 est munie d'un volet de commutation à réglage continu 28 pour la commande précise en continu du flux d'air. En complément, le contour d'une roue avant 30 est également représenté. La cheminée de conduite d'air 22 peut être utilisée non seulement en complément, comme dans le cas illustré, mais également en variante à la simple solution à volets d'air ou à lamelles selon la figure 1. L'idée inventive a été expliquée ci-dessus par référence au refroidissement par air ciblé d'un échangeur de chaleur à conduites multiples 12 d'une installation d'échappement 10,12. Bien entendu, des échangeurs de chaleur d'une autre réalisation ou d'autres zones de l'installation d'échappement peuvent également être refroidis. En particulier, comme cela a déjà été mentionné, des dispositifs de catalyseur adjoints de l'installation d'échappement peuvent également être refroidis directement au moyen de l'air ambiant et la température des catalyseurs peut ainsi être commandée selon les besoins. REVENDICATIONS 1. Procédé de refroidissement des gaz d'échappement, caractérisé en ce que la circulation d'air autour de l'installation d'échappement (10, 12) d'un véhicule automobile dans le dessous de caisse est commandé par un dispositif de commande (14,16, 22, 28). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la circulation d'air est commandée dans la zone d'au moins un échangeur de chaleur (12) et/ou d'au moins un dispositif de catalyseur de l'installation d'échappement (10, 12) . 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le flux d'air est dirigé par le dispositif de commande (14,16, 22,28) dans un angle déterminé par rapport à l'axe longitudinal de l'échangeur de chaleur (12), au nombre d'au moins un, et/ou du dispositif de catalyseur, au nombre d'au moins un. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la circulation d'air est commandée par un premier dispositif à volets d'air (16). 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le réglage du premier dispositif à volets d'air (16) est commandé en continu. 6. Procédé selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que la position ouverte du premier dispositif à volets d'air (16) est choisie comme position de repos. 7. Procédé selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'au moins un dispositif à volets à lamelles (16) agencé en position adjacente à l'installation d'échappement (10, 12) est utilisé comme premier dispositif à volets d'air (16). 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dispositif à déflecteurs à lamelles (16), au nombre d'au moins un, est agencé à une distance déterminée et dans une inclinaison déterminée par rapport à l'installation d'échappement (10, 12). 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la distance et/ou l'inclinaison du dispositif à volets à lamelles (16), au nombre d'au moins un, par rapport à l'installation d'échappement (10, 12) peuvent être modifiées en cas de besoin. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la distance et/ou l'inclinaison du dispositif à déflecteurs à lamelles, au nombre d'au moins un, sont réglées au point de jonction arrière (20) d'un support de déflecteurs à lamelles adjoint. 11. Procédé selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que différents groupes de lamelles ou différentes lamelles (18) du dispositif à déflecteurs à lamelles (16) au nombre d'au moins un sont commandés de manière sélective. 12. Procédé selon l'une des revendications 2 à 11, caractérisé en ce que la circulation d'air est commandée par des tôles de guidage d'air (14) sur l'échangeur de chaleur (12), au nombre d'au moins un, ou sur le dispositif de catalyseur, au nombre d'au moins un. 13. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la circulation d'air est commandée par une arrivée d'air ciblée dans au moins une cheminée de conduite d'air (22). 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que le flux d'air à travers la cheminée de conduite d'air (22), au nombre d'au moins une, est commandé par un deuxième dispositif à volets d'air (28). 15. Procédé selon l'une des revendications 13 ou 14, caractérisé en ce que l'arrivée d'air à travers la cheminée de conduite d'air (22), au nombre d'au moins une, s'effectue à partir de la zone de pression dynamique la plus élevée dans la zone d'extrémité avant (24) du véhicule. 16. Procédé selon l'une des revendications 2 à 15, caractérisé en ce que la commande s'effectue en fonction des conditions d'utilisation du moteur à combustion interne adjoint du véhicule et/ou des conditions d'utilisation du dispositif de catalyseur, au nombre d'au moins un. 17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que la vitesse de conduite et/ou l'accélération du véhicule et/ou la température du catalyseur et/ou des données caractéristiques ou de commande d'éventuelles mesures de chauffage du catalyseur sont utilisées comme paramètres de commande. 18. Dispositif de mise en #uvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par un dispositif de commande (14,16, 22,28) pour le flux d'air circulant autour de l'installation d'échappement (10,12) d'un véhicule automobile dans la zone du dessous de caisse. 19. Dispositif selon la revendication 18, caractérisé en ce que le dispositif de commande (14,16, 22,28) comprend un premier dispositif à volets d'air (16). 20. Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce que le premier dispositif à volets d'air (16) est réglable en continu. 21. Dispositif selon l'une des revendications 19 ou 20, caractérisé en ce que le premier dispositif à volets d'air (16) comprend au moins un dispositif à déflecteurs à lamelles (16) agencé en position adjacente à un dispositif d'échangeur de chaleur (12) et/ou à un dispositif de catalyseur de l'installation d'échappement (10,12). 22. Dispositif selon la revendication 21, caractérisé en ce que le dispositif à volets à lamelles (16), au nombre d'au moins un est agencé à une distance déterminée et à un angle déterminé par rapport au dispositif d'échangeur de chaleur (12) ou au dispositif de catalyseur. 23. Dispositif selon l'une des revendications 21 ou 22, caractérisé en ce que la distance et/ou l'inclinaison du dispositif à volets à lamelles (16), au nombre d'au moins un, peuvent être modifiées. 24. Dispositif selon l'une des revendications 21 à 23, caractérisé en ce que différents groupes de lamelles ou différentes lamelles (18) du dispositif à volets à lamelles (16), au nombre d'au moins un, peuvent être commandés de manière sélective. 25. Dispositif selon l'une des revendications 18 à 24, caractérisé en ce que le dispositif de commande comprend des tôles de guidage d'air (14) sur le dispositif d'échangeur de chaleur (12) et/ou le dispositif de catalyseur de l'installation d'échappement (10,12). 26. Dispositif selon la revendication 25, caractérisé en ce que les tôles de guidage d'air (14) sont inclinées dans un angle a déterminé par rapport à l'axe longitudinal du dispositif d'échangeur de chaleur (12) ou du dispositif de catalyseur. 27. Dispositif selon la revendication 26, caractérisé en ce que l'angle a est compris entre 20 et 70 . 28. Dispositif selon la revendication 27, caractérisé en ce que l'angle a est compris entre 35 et 55 . 29. Dispositif selon l'une des revendications 18 à 28, caractérisé en ce que le dispositif de commande (14,16, 22,28) comprend au moins une cheminée de conduite d'air (22) pour l'arrivée ciblée d'air froid. 30. Dispositif selon la revendication 29, caractérisé en ce que la cheminée de conduite d'air (22) comprend un deuxième dispositif à volets d'air (28). 31. Dispositif selon l'une des revendications 29 ou 30, caractérisé en ce que l'entrée (26) de la cheminée de conduite d'air (22) est agencée dans la zone de pression dynamique la plus élevée dans la zone d'extrémité avant (24) du véhicule.