Brevet FR2836513A1 — publié le 20030829

LIGNE D'ECHAPPEMENT ET VEHICULE A MOTEUR AINSI EQUIPE La présente invention concerne une ligne d'échappement, ainsi qu'un moteur à combustion interne équipé d'une telle ligne d'échappement. Elle vise également un véhicule intégrant un tel moteur. L'évolution des normes de dépollution et d'émission sonore des véhicules routiers tend à devenir de plus en plus sévère. En particulier, dans le domaine des véhicules industriels, les futures réglementations de dépollution imposeront des systèmes de traitement de plus en plus contraignants et volumineux. Tout d'abord, ces nouveaux systèmes de traitement représentent des volumes non négligeables qui viennent s'ajouter aux volumes des silencieux déjà existants. Ces nouveaux systèmes de traitement devront être intégrés et pris en compte pour l'architecture du châssis et du véhicule. Ensuite, l'addition de nouveaux systèmes de traitement sur la ligne d'échappement va induire des pertes de charge supplémentaires qui peuvent avoir un impact important et défavorable sur les performances du moteur en termes de puissance et donc de consommation de carburant. Etat de la technique On connaît d'après les documents EP-0. 341.832 et WO-00/34. 632 des systèmes d'élimination des particules. On connaît encore d'après le document WO-00/74. 823 des systèmes de réduction des gaz oxydes d'azote NOx. On connaît également d'après les documents FR-2. 613.089, WO-94/01. 659 et DE-44. 39.705, des systèmes actifs de réduction du bruit du type à dispositif de restriction variable. Cependant, les systèmes permettant de réaliser les fonctions réduction d'intensité sonore et traitement anti-pollution sont conçus en tant que systèmes séparés et ne sont donc janlais optimisés du point de vue encombrement poids et contre-pression induisant des pertes de charge. Résumé de l'invention Un premier but de l'invention est de concevoir une ligne d'échappement qui soit particulièrement efficace simultanément en terme de réduction d'émissions sonores et de dépollutions des gaz issus de la combustion rejetés. Un deuxième but de l'invention est de mettre au point une ligne d'échappement dont le volume global est inférieur à la somme des volumes des différents systèmes constitutifs. Un troisième but de l'invention est de prévoir une ligne d'échappement à différents systèmes de dépollution et de réduction d'intensité sonore optimisée de manière à minimiser les pertes de charge. Un quatrième but de l'invention est de monter pour un moteur à combustion interne et un véhicule une ligne d'échappement qui soit particulièrement efficace en terme de réduction des émissions sonores et polluantes et des performances moteur. Une ligne d'échappement pour moteur à combustion interne comprend un système actif de réduction du bruit du type à dispositif de restriction variable présentant une chambre de détente pour les phases de fermeture du dispositif de restriction placée en amont dudit système actif de réduction du bruit et une cavité dissipative des moyennes et hautes fréquences placée en aval dudit système actif de réduction du bruit. Conformément à un premier aspect de l'invention, la ligne est caractérisée en ce que la chambre de détente pour les phases de fermeture du dispositif de restriction est intégrée dans un système de dépollution placé en amont dudit système actif de réduction du bruit. Préférentiellement dans ce cas, la ligne d'échappement peut également comprendre un deuxième système de dépollution placé en aval du système actif de réduction du bruit. La cavité dissipative des moyennes et hautes fréquences peut favorablement être intégrée dans le système aval de dépollution. Conformément à un deuxième aspect de l'invention, la ligne est caractérisée en ce que la cavité dissipative des moyennes et hautes fréquences est intégrée dans un système de dépollution placé en aval dudit système actif de réduction du bruit. Préférentiellement dans ce cas, la ligne d'échappement peut également comprendre un deuxième système de dépollution placé en amont du système actif de réduction du bruit. La chambre de détente pour les phases de fermeture du dispositif de restriction peut favorablement être intégrée dans le système amont de dépollution. Le concept selon l'invention est de placer une chambre de détente pour les phases de fermeture du dispositif de restriction ou une cavité dissipative des moyennes et hautes fréquences nécessaire à son bon fonctionnement. La chambre de détente ou la cavité dissipative sont placées dans un système chargé de la dépollution des gaz d'échappement positionné en amont ou en aval par rapport au système actif de réduction du bruit du type à dispositif de restriction variable. Le principe de l'invention consiste à incorporer un volume utile pour le système actif de réduction du bruit à l'intérieur d'un organe chargé de la dépollution des gaz d'échappement. Autrement dit, une partie des volumes des organes chargés de la dépollution des gaz d'échappement est utilisée en tant que volume pour l'optimisation du fonctionnement du système actif de réduction du bruit. Cette solution d'échappement provoque une synergie entre système de dépollution et système de réduction du bruit. Le nombre de volumes présents est réduit et l'architecture de ligne est optimisée à la fois en réduisant poids et encombrement. En outre, les performances du moteur sont optimisées en diminuant la contre-pression moteur par rapport à une ligne d'échappement aux volumes simplement juxtaposés. De manière particulièrement avantageuse, le système amont de dépollution peut être un système d'élimination des particules. Et de manière particulièrement avantageuse le système aval de dépollution peut être un système de réduction des gaz oxydes d'azote NOx. La chambre de détente pour les phases de fermeture du dispositif de restriction peut être positionnée dans le système d'élimination des particules, entre un catalyseur et un filtre à particules. La cavité dissipative des moyennes et hautes fréquences peut être positionnée dans le système de réduction des gaz oxydes d'azote NOx, en aval d'un catalyseur couramment dénommé DéNOx. Pour une dépollution optimale, le système de réduction des gaz oxydes d'azote NOx peut être du type à injection d'urée suivi par un catalyseur DéNOx. Conformément à un troisième aspect de l'invention, un moteur à combustion interne est caractérisé en ce qu'il est connecté à au moins une ligne d'échappement telle que décrite ci-dessus. Conformément à un quatrième aspect de l'invention, un véhicule à moteur est caractérisé en ce qu'il comprend au moins une ligne d'échappement telle que décrite cidessus. Description des dessins L'invention sera bien comprise et ses divers avantages et différentes caractéristiques ressortiront mieux lors de la description suivante, de l'exemple non limitatif de réalisation, en référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels : - la Figure 1 représente un schéma simplifié de la ligne d'échappement selon l'invention ; - la Figure 2 représente un schéma simplifié du système d'élimination des particules ; - la Figure 3 représente un schéma simplifié du système actif de réduction du bruit ; et - la Figure 4 représente un schéma simplifié du système de réduction des gaz oxydes d'azote NOx. Description détaillée Un véhicule à moteur (non représenté) comprend un moteur thermique à combustion interne 1, par exemple de type turbo-diesel, générateur d'émissions sonores et de gaz polluants. Les pulsations de débits des gaz polluants sont recueillies par les 1 : 1 différents collecteurs d'échappement 2 et acheminées par la ligne d'échappement 3. La ligne d'échappement 3 selon la présente invention est chargée simultanément de la dépollution des gaz rejetés et de la réduction de l'intensité sonore et comprend, disposé en ligne et successivement, un premier système 4 chargé d'éliminer des particules, une tuyère active 6 chargée de réduire le bruit et un deuxième système 7 chargé de réduire le taux de gaz oxydes d'azote NOx. Le premier système 4 est situé le plus en amont par rapport à la sortie des gaz d'échappement. Ce premier système 4 joue le double rôle de filtre à particules avec dépollution et élimination des particules de suies (résidus de constituants de carburants, d'huile de graissage,...) et de chambre de détente des gaz d'échappement lors de la 1 régulation active du bruit par la tuyère active 6 en aval. Le premier système 4 comprend à l'intérieur d'une même enveloppe 8, disposés en ligne et successivement, un catalyseur 9, la chambre de détente des gaz d'échappement 11 et un filtre à particules 12 (voir Figure 2). Ce premier système 4 fonctionne suivant le principe du système CRU (Continuously Regenerating Trap) tel que décrit dans le document EP-0. 341.832. On notera que ce premier système 4 pourra fonctionner selon d'autres principes, dont un exemple est décrit dans le document WO-00/34. 632. Le catalyseur 9 est chargé en platine et permet une oxydation des gaz oxydes d'azote NO en gaz N02. Les gaz d'échappement enrichis en N02 sont ensuite utilisés en entrée du filtre à particules 12 pour assurer une combustion à faible température du carbone des suies et une régénération en continue du filtre à particules 12 empêchant ainsi son colmatage. A la sortie du premier système 4, les gaz d'échappement passent ensuite dans la tuyère active 6 chargée de réduire le bruit (voir Figure 3). Cette tuyère active 6 est du type à restriction variable. Elle comprend un conduit cylindrique 13 chargé de canaliser la circulation des gaz d'échappement, un volet 14 de forme sensiblement circulaire fixé et oscillant (flèche R) par rapport à un axe 16 qui lui est solidaire du conduit cylindrique 13. Le conduit cylindrique 13 est muni d'au moins un capteur (non représenté) de mesure d'une grandeur physique caractéristique du débit instantané des gaz. Le volet 14 joue le rôle de la restriction variable de la section du conduit 13 de passage des gaz et vient fermer le conduit cylindrique 13 en fonction de la grandeur mesurée par le ou les capteurs. Lorsque le volet 14 est en position partiellement fermée, le stockage instantané des gaz se réalise dans la chambre de détente des gaz d'échappement 11. 1 Le volet 14 oscille à la même fréquence que les pulsations de débit mais en opposition de phase, créant ainsi une deuxième source de pulsation de débit annulant la première, assurant ainsi une atténuation de la composante harmonique basses fréquences de l'écoulement. Le principe et le mode de fonctionnement est celui décrit par exemple dans les documents FR-2. 613.089, WO-94/01. 659 et DE-44. 39.705. A la sortie de la tuyère active 6, les gaz d'échappement entrent ensuite dans le deuxième système 7 chargé notamment de réduire le taux de gaz oxydes d'azote NOx par catalyse (voir Figure 4). Le traitement anti-NOx, connu sous le nom de DéNOx , se fait par catalyse tel que décrit par exemple dans le document WO-00/74. 823. A cette dépollution est associée un traitement acoustique des composantes moyennes et hautes fréquences selon le principe du silencieux passif dissipatif, tel que décrit également dans le document WO-94/01. 659. Un injecteur d'urée ou d'ammoniaque 17 est tout d'abord positionné en entrée du deuxième système 7 et permet de réduire les gaz oxydes d'azote NOx, principalement NO et N02 en N2. Le deuxième système 7 comprend à l'intérieur d'une même enveloppe 18, disposés en ligne et successivement, un conduit d'amené 19, un catalyseur dit DéNOx 21, un conduit intermédiaire 22, un silencieux dissipatif 23 présentant un canal perforé 24 débouchant sur un matériau poreux 26 présentant des propriétés acoustiques absorbantes des moyennes et hautes fréquences. On notera que le silencieux dissipatif 23 est placé complètement en fin de ligne d'échappement pour des raisons de meilleure efficacité. En effet, chacun des éléments le précédant, injecteur d'urée 17 et catalyseur DéNOx 21, est encore susceptible de générer des sons à moyennes et hautes fréquences. A la sortie de ce deuxième système 7 et ainsi à la sortie de la ligne d'échappement 3, l'écoulement des gaz est donc lissé et traité à la fois en terme de bruit et d'émissions polluantes. Pour un camion ayant un moteur de 12 litres de cylindrée avec 500 ch, le volume de chacun des éléments pris séparément est de : - 55 1 pour le système d'élimination des particules 4, - 20 1 pour la chambre de détente 11 pour les phases de fermeture du dispositif de restriction 14, - 0 1 pour le système actif de réduction du bruit 6, - 40 1 pour le réservoir d'urée, - 70 1 pour le catalyseur DéNOx 21, et - 20 1 pour la cavité dissipative des moyennes et hautes fréquences 23 ; soit un total de 205 litres dont 165 litres hors réservoir d'urée. Avec la présente invention, le volume de la ligne d'échappement sera de : - 60 1 du système d'élimination des particules 4 intégrant la chambre de détente 11 pour les phases de fermeture du dispositif de restriction 14 - 0 1 du système actif de réduction du bruit 6, - 40 1 pour le réservoir d'urée, et - 75 1 pour le catalyseur DéNOx 21 intégrant la cavité dissipative des moyennes et hautes fréquences 23 ; soit un total de 175 litres dont 135 litres hors réservoir d'urée, à comparer avec le total précédent. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés. De nombreuses modifications peuvent être réalisées, sans pour autant sortir du cadre défini par la portée du jeu de revendications. REVENDICATIONS 1. Ligne d'échappement pour moteur à combustion interne (1) comprenant un système actif de réduction du bruit (6) du type à dispositif de restriction variable (14) présentant une chambre de détente (11) pour les phases de fermeture du dispositif de restriction (14) placée en amont dudit système actif de réduction du bruit (6) et une cavité dissipative des moyennes et hautes fréquences (23) placée en aval dudit système actif de réduction du bruit (6), caractérisée en ce que la chambre de détente (11) pour les phases de fermeture du dispositif de restriction (14) est intégrée dans un système de dépollution (4) placé en amont dudit système actif de réduction du bruit (6). 2. Ligne d'échappement selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle 1 comprend en outre un système de dépollution (7) placé en aval du système actif de réduction du bruit (6). 3. Ligne d'échappement selon la revendication 2, caractérisée en ce que la cavité dissipative des moyennes et hautes fréquences (23) est intégrée dans le système aval de dépollution (7). 4. Ligne d'échappement pour moteur à combustion interne (1) comprenant un c système actif de réduction du bruit (6) du type à dispositif de restriction variable (14) présentant une chambre de détente (11) pour les phases de fermeture du dispositif de restriction (14) placée en amont dudit système actif de réduction du bruit (6) et une cavité dissipative des moyennes et hautes fréquences (23) placée en aval dudit système actif de réduction du bruit (6), caractérisée en ce que la cavité dissipative des moyennes et hautes fréquences (23) est intégrée dans un système de dépollution (7) placé en aval dudit système actif de réduction du bruit (6). 5. Ligne d'échappement selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un système de dépollution (4) placé en amont du système actif de réduction du bruit (6). 6. Ligne d'échappement selon la revendication 5, caractérisée en ce que la chambre de détente (11) pour les phases de fermeture du dispositif de restriction (14) est intégrée dans le système amont de dépollution (4). 7. Ligne d'échappement selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le système amont de dépollution est un système d'élimination des particules (4), et en ce que le système aval de dépollution est un système de réduction des gaz oxydes d'azote NOx (7). 8. Ligne d'échappement selon la revendication 7, caractérisée en ce que la chambre de détente (11) pour les phases de fermeture du dispositif de restriction (14) est positionnée dans le système d'élimination des particules (4), entre un catalyseur (9) et un filtre à particules (12). 9. Ligne d'échappement selon la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce que la cavité dissipative des moyennes et hautes fréquences (23) est positionné dans le système de réduction des gaz oxydes d'azote NOx (7), en aval d'un catalyseur DéNOx (21). 10. Ligne d'échappement selon la revendication 9, caractérisée en ce que le système de réduction des gaz oxydes d'azote NOx (7) est du type à injection d'urée (17) suivi par un catalyseur DéNOx (21). 11. Moteur à combustion interne (1), caractérisé en ce qu'il est connecté à au moins une ligne d'échappement (3) selon l'une des revendications précédentes. 12. Véhicule à moteur, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une ligne d'échappement (3) selon l'une des revendications 1 à 10. Déposants : (1) RENAULT V. I. (2) RENAULT Mandataire : Cabinet LAURENT ET CHARRAS