Brevet FR2847618A1 — publié le 20040528

i APPAREIL DE PURIFICATION DE GAZ D'ECHAPPEMENT ET PROCEDE DE PURIFICATION DE GAZ D'ECHAPPEMENT POUR UN MOTEUR La présente invention concerne une technologie de traitement de purification de gaz d'échappement destinée à traiter le gaz d'échappement émis par un moteur qui doit être purifié par un catalyseur de purification de gaz d'échappement, et plus particulièrement, une technologie destinée à supporter un dispositif de chauffage électrique afin de maintenir la 0o température d'un lit catalytique à une température d'activation. Jusqu'à présent, dans les moteurs, et plus particulièrement dans les moteurs diesel, le traitement de purification des composants nocifs dans les gaz d'échappement émis par les moteurs était effectué en agençant, dans un passage de gaz d'échappement, un appareil de purification de gaz d'échappement principalement composé de catalyseurs de purification de gaz d'échappement tels qu'un catalyseur d'oxydation et un catalyseur à trois voies. Le catalyseur de purification de gaz d'échappement a une température d'activation, et lorsqu'une température de gaz d'échappement est inférieure à la température d'activation, la fonction de purification du gaz d'échappement n'est pas mise en oeuvre effectivement. Compte tenu de ce point, on a proposé un appareil de purification de gaz d'échappement qui est conçu pour maintenir la température du lit catalytique à la température d'activation en agençant autour du catalyseur de purification de gaz d'échappement, et en commandant le dispositif de chauffage en réponse à un état de fonctionnement du moteur. Par exemple, se référer à la description du paragraphe numéro 0023, en faisant référence à la figure 1 du document JP 06-033747A. Selon l'appareil de purification classique décrit ci-dessus, la température du lit catalytique est augmentée jusqu'à la température d'activation grâce à la fonction de chauffage du dispositif de chauffage électrique et, quel que soit l'état de fonctionnement du moteur, le catalyseur de purification de gaz d'échappement est activé, ce qui permet l'amélioration d'une fonction de purification de celui-ci. Cependant, aucune proposition appropriée n'a été faite en ce qui concerne une structure destinée à supporter le dispositif de chauffage électrique dans le passage de gaz d'échappement. La présente invention a été réalisée au vu du problème classique décrit cidessus. Par conséquent, un objectif de la présente invention consiste à fournir une technique de support pour un dispositif de chauffage électrique qui puisse supporter, en toute sécurité et logique un dispositif de chauffage électrique agencé dans le passage de gaz d'échappement afin d'élever la température d'un lit catalytique dans un appareil de purification de gaz d'échappement pour un moteur disposant de ce dispositif de chauffage électrique. Selon la présente invention, dans un appareil de purification de gaz 3 o d'échappement pour un moteur, un catalyseur de purification de gaz d'échappement est agencé dans un passage de gaz d'échappement. L'appareil de purification de gaz d'échappement est muni d'un coussinet support de catalyseur destiné à supporter le catalyseur de purification de gaz d'échappement, qui est agencé entre une surface de paroi intérieure du passage de gaz d'échappement et une surface de circonférence extérieure du catalyseur de purification de gaz d'échappement. L'appareil de purification de gaz d'échappement est également muni d'un dispositif de chauffage électrique destiné à élever la température du lit catalytique du catalyseur de purification de gaz d'échappement, le dispositif de chauffage électrique étant encastré dans le coussinet support de catalyseur. En outre, selon la présente invention, un procédé de purification de gaz d'échappement pour un moteur dans un appareil de purification de gaz d'échappement, dans lequel un catalyseur de purification de gaz is d'échappement est agencé dans un passage de gaz d'échappement, inclut les étapes consistant à agencer un coussinet support de catalyseur destiné à supporter le catalyseur de purification de gaz d'échappement entre une surface de paroi intérieure du passage de gaz d'échappement et une surface de circonférence extérieure du catalyseur de purification de gaz d'échappement. Le procédé de purification de gaz d'échappement inclut également les étapes consistant à: encastrer un dispositif de chauffage électrique permettant d'élever la température d'un lit catalytique du catalyseur de purification de gaz d'échappement dans le coussinet support de catalyseur; détecter la température du gaz d'échappement dans le 2 5 passage de gaz d'échappement; mettre en service le dispositif de chauffage lorsque la température détectée est inférieure à une valeur prédéterminée; et arrêter le dispositif de chauffage lorsque la température détectée est égale ou supérieure à la valeur prédéterminée. En outre, de par la répétition de la mise en service et de l'arrêt, le gaz d'échappement 3 o est traité aux fins de purification en maintenant la température du lit catalytique du catalyseur de purification de gaz d'échappement à une température d'activation. Sur les dessins joints: la figure 1 est un diagramme représentant un appareil de purification de gaz d'échappement pour un moteur selon un mode de réalisation de la présente invention; la figure 2 est une vue expliquant une structure d'un dispositif de chauffage électrique assemblé sur le coussinet support de catalyseur; et la figure 3 est une vue représentant un exemple de modification de la structure du dispositif de chauffage électrique assemblé sur le coussinet support de catalyseur. Un mode de réalisation préféré de la présente invention va être décrit ci15 dessous en faisant référence aux dessins. Ce mode de réalisation est appliqué à un appareil de purification de gaz d'échappement pour un moteur, et, plus particulièrement, pour un moteur diesel monté sur un véhicule industriel tel qu'un chariot élévateur à fourche. La figure 1 représente un appareil de purification de gaz d'échappement pour un moteur selon ce mode de réalisation. L'appareil de purification de gaz d'échappement 10 du présent mode de réalisation est fourni en aval, dans un passage de gaz d'échappement relié à un distributeur d'échappement du moteur diesel, par exemple, sous la forme assemblée dans un silencieux. L'appareil de purification de gaz d'échappement 10 comporte un carter de confinement de catalyseur 11; un catalyseur de purification de gaz d'échappement 13; un coussinet support de catalyseur 15; et un dispositif de chauffage électrique 17. Le carter de confinement du catalyseur 11 constitue une partie du passage de gaz d'échappement, et a une forme creuse ayant un orifice d'admission et un orifice de sortie pour le gaz d'échappement. Le catalyseur de purification de gaz d'échappement 13 est agencé à l'intérieur du carter de confinement du catalyseur 11. Sur la figure 1, les flèches représentent la direction de la circulation du gaz d'échappement. Le catalyseur de purification de gaz d'échappement 13 est constitué de telle façon qu'un métal noble possédant une fonction catalytique, tel que du platine, du palladium, etc., est supporté, par exemple, par un filtre en céramique ayant la forme d'un nid d'abeilles et est supporté dans le carter de confinement du catalyseur 1 1, par l'intermédiaire du coussinet support de catalyseur 15. Le coussinet support de catalyseur 15 possède des propriétés comportant la résistance à la chaleur, la dilatation à la chaleur et la souplesse, et supporte le catalyseur de purification de gaz d'échappement 13 en étant agencé de façon à être enroulé autour de pratiquement toute la surface de circonférence extérieure du filtre du catalyseur 13. C'est-à- dire que le coussinet support de catalyseur 15 est intercalé de façon à boucher l'espace qui existe entre une surface de paroi intérieure du carter de 2 0 confinement du catalyseur 11 et une surface de circonférence extérieure du catalyseur de purification de gaz d'échappement 13, supportant ainsi le catalyseur de purification de gaz d'échappement 13. Par conséquent, le coussinet support de catalyseur 15 possède une fonction d'étanchéité consistant à empêcher le gaz d'échappement de s'échapper vers l'aval du passage de gaz d'échappement après être passé entre la surface de paroi intérieure du carter de confinement du catalyseur 11 et la surface de circonférence extérieure du catalyseur de purification de gaz d'échappement 13. De même, le coussinet support de catalyseur 15 possède une fonction de protection du catalyseur consistant à empêcher la rupture du filtre de céramique en empêchant un contact direct entre le filtre et le carter de confinement du catalyseur 11. Le dispositif de chauffage 17 qui sert de moyen de chauffage pour le catalyseur est encastré sur tout l'intérieur du coussinet support de catalyseur 15. Par conséquent, lorsque le coussinet support de catalyseur est intercalé sur pratiquement toute la longueur du catalyseur de purification de gaz d'échappement 13 dans la direction de la circulation du gaz d'échappement, tel que représenté sur le dessin, un fil chauffant (un fil de nichrome) formant le dispositif de chauffage électrique 17 est encastré tout le long de la direction de la circulation du gaz d'échappement, par exemple, en formant des méandres, comme un serpent. C'est-à-dire que le dispositif de chauffage électrique 17 est agencé de façon à être capable de chauffer le catalyseur de purification de gaz d'échappement 13, de manière uniforme, sur l'intégralité de la direction de la circulation du gaz d'échappement. Ensuite, une électrode positive 17a du dispositif de chauffage est reliée à une extrémité du fil chauffant, et une électrode négative 17b du dispositif de chauffage est reliée à l'autre extrémité du fil chauffant et ensuite, l'électrode positive 17a du dispositif de chauffage est reliée à une batterie 21 par l'intermédiaire d'un commutateur relais 19, et l'électrode négative 17b est mise à la masse, sur une carrosserie. En outre, en ce qui concerne l'encastrement du dispositif de chauffage 17 à l'intérieur du coussinet support de catalyseur 15, une configuration telle que celle représentée, par exemple, sur la figure 2, est adoptée, dans laquelle deux matériaux de coussinet minces en forme de plaques 15a et 15b sont superposés afin de former le coussinet support de catalyseur 15, à structure laminée. Lorsque les matériaux de coussinet 15a et 15b sont superposés, le fil chauffant est pris en sandwich entre les surfaces 3 o correspondantes de celui-ci, ce qui permet de donner au coussinet support de catalyseur 15 fixé sur le dispositif de chauffage une structure de maintien stable. De plus, la capacité d'encastrement du dispositif de chauffage électrique 17 dans le coussinet support de catalyseur 15 est améliorée par le fait que le dispositif de chauffage électrique 17 est pris en sandwich dans, et maintenu par le coussinet support de catalyseur 15. De plus, l'appareil de purification de gaz d'échappement 10 comporte un commutateur de mise en marche 23, un détecteur de température 25 permettant de détecter la température du gaz d'échappement, et une unité de commande électronique 27 (ci-après dénommée UCE) permettant de commander la mise en service du dispositif de chauffage électrique 17, en se fondant sur les sorties du commutateur de mise en marche 23 et du détecteur de température 25. Le détecteur de température 25 est fixé sur le carter de confinement du catalyseur 11, et détecte la température du gaz d'échappement immédiatement après son passage dans le catalyseur de purification du gaz d'échappement 13. L'UCE 27 est configurée pour actionner le commutateur relais 19, afin de mettre en service le dispositif de chauffage électrique 17, lorsque la température du gaz d'échappement détectée par le détecteur de température 25 est inférieure à la température d'activation (par exemple, 300 'C) du catalyseur de purification de gaz d'échappement 13. De même, l'UCE 27 est configurée de façon à couper le commutateur relais 19 afin d'arrêter le dispositif de chauffage électrique 17, lorsque la température détectée est égale ou supérieure à la température d'activation (par exemple, 300 'C). Le détecteur de température 25 décrit ci-dessus, correspond à un moyen de détection de la température, selon la présente invention, et I'UCE 27 correspond à un moyen de commande, selon la présente invention. L'appareil de purification de gaz d'échappement 10 pour un moteur selon le présent mode de réalisation est constitué tel que décrit ci-dessus. Par conséquent, lorsque le commutateur de mise en marche 23 est actionné pour faire démarrer le moteur, I'UCE 27 maintient le commutateur relais 19 en état de MARCHE jusqu'à ce que la température du gaz d'échappement détectée par le détecteur de température 25 atteigne la température d'activation du catalyseur. Par conséquent, le dispositif de chauffage électrique 17 est mis en service pour chauffer le catalyseur de purification de gaz d'échappement 13, en élevant la température du lit catalytique. Par ailleurs, lorsque la température du gaz d'échappement détectée par le détecteur de température 25 atteint la température d'activation du catalyseur, le commutateur relais 19 est coupé et le dispositif de chauffage électrique 17 est arrêté. C'est-à-dire que, selon le présent mode de réalisation, la mise en service et l'arrêt du dispositif de chauffage électrique 17 sont répétés, en se fondant sur les variations de la température du gaz d'échappement en utilisant la température d'activation dans le catalyseur comme valeur de référence, ce qui chauffe ainsi le catalyseur de purification du gaz d'échappement 13 ou ce qui conserve sa chaleur, de telle sorte que la température du lit catalytique de celui-ci est maintenue au niveau de la température d'activation. De cette façon, le catalyseur de purification du gaz d'échappement 13 est activé, ce qui permet d'améliorer 2 0 la fonction de purification du gaz d'échappement. Incidemment, dans des voitures spéciales, y compris les véhicules industriels tels que les chariots élévateurs à fourche, il est souvent difficile de garantir un espace permettant d'installer l'appareil de purification de gaz d'échappement à proximité du moteur, du fait de la structure du véhicule. Il en résulte que le catalyseur doit inévitablement être installé dans une position éloignée du moteur, par exemple, de façon à encastrer le catalyseur dans le silencieux. Par conséquent, il existe une tendance, pour le gaz d'échappement, à ce qu'il refroidisse avant de circuler dans l'appareil de purification de gaz d'échappement, et la chaleur du moteur ne peut pas être suffisamment utilisée. De plus, dans le cas des chariots élévateur à fourche, la nature de leur fonctionnement est telle qu'il existe souvent de longues périodes d'inactivité, et des démarrages et des arrêts répétés. Dans de tels cas, la température du gaz d'échappement ne s'élève pas toujours jusqu'à la température d'activation du catalyseur. Selon le présent mode de réalisation, le fonctionnement stable de la purification du catalyseur peut être obtenu grâce à la fourniture du dispositif de chauffage électrique 17, qui soit chauffe soit maintient la température du catalyseur de purification du gaz d'échappement 13, ce qui garantit ainsi que la 1o température du lit catalytique est maintenue à la température d'activation, quel que soit l'état de fonctionnement du moteur. En outre, étant donné que le présent mode de réalisation est construit de façon à encastrer le dispositif de chauffage électrique 17 dans le coussinet support de catalyseur 15, un espace permettant de fixer le dispositif de chauffage électrique 17 dans l'appareil de purification de gaz d'échappement peut être facilement obtenu, si l'on compare avec, par exemple, les cas o le dispositif de chauffage électrique 17 est directement assemblé sur une surface de circonférence extérieure du filtre du 2 0 catalyseur de purification de gaz d'échappement 13. Grâce à l'encastrement du dispositif de chauffage électrique 17 dans le coussinet support de catalyseur 15, le dispositif de chauffage peut être assemblé dans le coussinet support de catalyseur 15 avant l'assemblage du catalyseur de purification de gaz d'échappement 13 et du coussinet support de catalyseur 15 dans le carter de confinement de catalyseur 11. Ceci n'entraîne aucun des problèmes qui risquent de survenir du fait de la présence du dispositif de chauffage électrique, tel qu'une détérioration de la possibilité d'assemblage du catalyseur de purification de gaz d'échappement 13 et du coussinet support de catalyseur 15 dans le carter de confinement de catalyseur 11, qui peut être provoquée par l'existence du dispositif de chauffage électrique 17. En outre, lorsqu'on construit le coussinet de support du catalyseur 15, avec une structure laminée formée en superposant deux matériaux de coussinet a et 15b sur la figure 2, le coussinet support de catalyseur 15, sur lequel est fixé le dispositif de chauffage peut être facilement obtenu en plaçant en sandwich le dispositif de chauffage 17 entre les deux matériaux de coussinet 15a et 15b. Il convient de noter que la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation mentionné ci-dessus, et que des modifications sont possibles, comme il conviendra, sans qu'on s'éloigne de l'étendue de celle-ci. Par exemple, bien que le fil chauffant (fil de nichrome) soit utilisé comme dispositif de chauffage électrique 17 dans le mode de réalisation décrit cidessus, un dispositif de chauffage à coefficient de température positif (PTC) peut être utilisé à la place de celui-ci. Le dispositif de chauffage à coefficient de température positif est un élément de résistance ayant une 2 0 fonction de commande de la température dite à auto-régulation. Le dispositif de chauffage génère de la chaleur par luimême, dès qu'il est mis en service. La chaleur provoque l'augmentation de la valeur de la résistance, qui, à son tour, provoque une nouvelle augmentation de la résistance, qui, à son tour, provoque une nouvelle augmentation de la valeur de la chaleur. Cependant, au fur et à mesure que la température augmente, le rythme de l'augmentation de la valeur de la résistance diminue, et, rapidement, la valeur de la résistance devient fixe, à une valeur supérieure prédéterminée. Par conséquent, la température d'activation à laquelle le catalyseur est activé est définie à une température limite 3 0 supérieure du dispositif de chauffage à coefficient de température positif, ce il qui permet de chauffer le catalyseur de purification de gaz d'échappement 13 ou de conserver la chaleur de celui-ci en utilisant la fonction de commande de la température par auto-régulation. Il en résulte que l'UCE 27, le détecteur de température 25 et le commutateur de relais 19, qui ont été décrits dans le mode de réalisation ci-dessus, peuvent être omis. Par conséquent, il est possible de fournir un moyen de chauffage du catalyseur pour un faible cot et ayant une constitution simple. De plus, bien que le cas de l'application de l'appareil à un moteur diesel l0 monté sur un chariot élévateur à fourche ait été décrit dans le mode de réalisation ci-dessus, les types de véhicule et de moteur ne sont pas limités à ceux-ci. En outre, l'encastrement du dispositif de chauffage électrique 17 dans le coussinet support de catalyseur 15 n'est pas limité à la structure de sandwich constituée des deux matériaux de coussinet 15a et 15b. Par exemple, si le coussinet support de catalyseur 15 est moulé en utilisant une matrice de moulage, il est également possible d'encastrer le dispositif de chauffage électrique 17 dans le coussinet support de catalyseur 15 grâce à un moulage par insertion. Dans ce cas, une construction peut être réalisée, telle que représenté sur la figure 3, dans laquelle le coussinet support de catalyseur 15 et un fil chauffant constituant le dispositif de chauffage électrique 17 sont moulés ensemble, de telle sorte qu'une surface extérieure du fil chauffant 17 est partiellement exposée depuis la surface du coussinet, et qu'une partie exposée du fil chauffant est amenée en contact direct avec la surface extérieure du filtre du catalyseur de purification de gaz d'échappement 13, au cours de l'assemblage du composant moulé dans le carter de confinement du catalyseur 11. De plus, bien qu'un filtre composé de céramique soit utilisé pour le catalyseur de purification de gaz d'échappement 13, un filtre composé de métal peut également être utilisé. REVENDICATIONS 1. Appareil de purification de gaz d'échappement (10) pour un moteur, dans lequel un catalyseur de purification de gaz d'échappement (13) est agencé dans un passage de gaz d'échappement, comprenant: un coussinet support de catalyseur (15) permettant de supporter le catalyseur de purification de gaz d'échappement (13), qui est agencé entre une surface de paroi intérieure du passage d'échappement de gaz et une surface de circonférence extérieure du catalyseur de purification de gaz d'échappement (13); et un dispositif de chauffage électrique (17) permettant d'élever la température d'un lit catalytique du catalyseur de purification de gaz d'échappement (13), caractérisé en ce que le dispositif de chauffage électrique (17) est encastré dans le coussinet support de catalyseur (15). 2. Appareil de purification de gaz d'échappement (10) pour un moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le coussinet support de catalyseur (15) présente une structure laminée constituée en superposant au moins deux matériaux de coussinet (15a, 15b) et en ce que le dispositif de chauffage (17) est pris en sandwich entre les matériaux de coussinet (15a, 1 5b) et maintenu par eux. 3. Appareil de purification de gaz d'échappement (10) pour un moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de chauffage (17) est moulé en même temps que le coussinet support de catalyseur (15) de telle sorte qu'une partie du dispositif de chauffage électrique (17) est exposée depuis une surface du coussinet support de catalyseur (15), et en ce que la partie exposée est amenée en contact avec la surface de la circonférence extérieure du catalyseur de purification de gaz d'échappement (13). 4. Appareil de purification de gaz d'échappement (10) pour un moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant en outre: un moyen de détection de la température (25) permettant de détecter une température de gaz d'échappement dans le passage de gaz d'échappement; et un moyen de commande (27) pour commander la mise en service et l'arrêt du dispositif de chauffage (17) en se fondant sur la température détectée par le moyen de détection (25) de la température. lo 5. Appareil de purification de gaz d'échappement (10) pour un moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le catalyseur de purification de gaz d'échappement (13) présente une constitution dans laquelle un métal noble ayant une fonction catalytique est supporté par un filtre constitué de céramique. 6. Appareil de purification de gaz d'échappement (10) pour un moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le dispositif de chauffage électrique (17) est un dispositif à coefficient de température positif. 7. Appareil de purification de gaz d'échappement (10) pour un moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le moteur est un moteur d'un véhicule industriel. 8. Procédé de purification de gaz d'échappement pour un moteur dans un appareil de purification de gaz d'échappement (10), dans lequel un catalyseur de purification de gaz d'échappement (13) est agencé dans un passage de gaz d'échappement, le procédé comprenant les étapes consistant à: - encastrer un dispositif de chauffage électrique (17) dans le coussinet support de catalyseur (15) afin d'élever la température d'un lit catalytique de l'appareil de purification de gaz d'échappement (10); agencer un coussinet support de catalyseur (15) afin de supporter le catalyseur de purification de gaz d'échappement (13) entre une surface de paroi intérieure du passage de gaz d'échappement et une surface de circonférence extérieure du catalyseur de purification de gaz d'échappement (13); - détecter une température de gaz d'échappement dans le passage de gaz 1o d'échappement; - mettre en service le dispositif de chauffage (17) lorsque la température détectée est inférieure à une valeur prédéterminée; et - arrêter le dispositif de chauffage (17) lorsque la température détectée est égale ou supérieure à la valeur prédéterminée, caractérisé en ce que, de par la répétition de la mise en service et de l'arrêt, la température du lit catalytique du catalyseur de purification de gaz d'échappement (13) est maintenue à une température d'activation, et le gaz d'échappement est traité aux fins de purification.