Brevet FR2864144A1 — publié le 20050624

"Dispositif de diffusion et mélange des gaz d'échappement pour une ligne d'échappement de véhicule automobile" L'invention concerne un dispositif de diffusion et de mélange des gaz d'échappement d'un moteur thermique de véhicule automobile agencé en entrée d'un filtre à particules. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif de diffusion et de mélange pour une ligne d'échappement d'un moteur thermique de véhicule automobile, du type qui comporte un boîtier qui comporte un tronçon central au sein duquel est io agencé un filtre à particules, un tronçon amont qui est relié à moins un tube amont d'alimentation en gaz d'échappement, et un tronçon aval qui est relié à au moins un tube aval d'évacuation des gaz d'échappement. On connaît de nombreux exemples de dispositifs de filtrage is de ce type, qui sont d'une manière générale associés à des moteurs thermiques de type "diesel", pour lesquels il convient de filtrer les suies contenues dans les gaz d'échappement à des fins de dépollution. Dans les dispositifs de ce type, le filtre à particules, aussi 20 connu sous le nom de monolithe, assure la filtration et la rétention des suies. On a constaté que de tels dispositifs, lorsqu'ils sont agencés à proximité immédiate du collecteur d'échappement du véhicule, provoquent un encrassement hétérogène du filtre à particules. Au contraire, on a constaté que de tels dispositifs, lorsqu'ils sont agencés à une distance déterminée du collecteur d'échappement, par exemple sous la caisse du véhicule, provoquent un encrassement homogène du filtre à particules. En effet, on a constaté que, lorsque le dispositif est agencé à proximité du collecteur d'échappement, la vitesse des gaz d'échappement est telle que quasiment seule la zone du filtre à particule qui est directement en regard du tube amont est encrassé, alors que dans le cas d'un dispositif agencé sous la caisse du véhicule, la distance importante qui sépare le dispositif du collecteur et les vibrations de la ligne d'échappement suffisent à provoquer un ralentissement et un brassage suffisant des gaz d'échappement propre à assurer une répartition uniforme de l'encrassement. Pour remédier à cet inconvénient et permettre néanmoins l'implantation d'un tel dispositif à proximité du collecteur d'échappement du véhicule, l'invention propose un dispositif du type décrit précédemment comportant des moyens de dispersion des gaz d'échappement sur toute la surface d'entrée du filtre à io particules. Dans ce but, l'invention propose un dispositif de diffusion et de mélange des gaz du type du dispositif de filtrage décrit précédemment, caractérisé en ce qu'un élément de dispersion des gaz est agencé dans le tronçon amont, sensiblement dans l'axe du tube amont et en regard du filtre à particules, pour assurer un encrassement uniforme d'une surface d'entrée du filtre à particules. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - l'élément de dispersion des gaz présente en coupe axiale, la forme d'une aile dont l'intrados et l'extrados sont convexes et symétriques axialement, - le tronçon central est cylindrique, au moins le tronçon amont est tronconique, et l'élément de dispersion des gaz est constitué d'une ogive agencée axialement dans le tronçon amont, - l'ogive comporte une extrémité d'attaque bombée tournée vers le tube amont et une extrémité de fuite effilée tournée vers le tronçon central, - l'ogive est maintenue dans le tronçon amont par l'intermédiaire d'au moins trois bras radiaux qui sont répartis angulairement de manière régulière et qui relient sensiblement l'ogive à la périphérie interne du boîtier. - chaque bras est conformé en lame dont les flancs sont orientés parallèlement à la direction axiale et il est fixé : É à une extrémité dans une partie intermédiaire de l'ogive entre son extrémité d'attaque et son extrémité de fuite, É à l'extrémité opposée, à proximité de la jonction entre le tronçon amont et le tronçon central, à une enveloppe périphérique du filtre à particules, - l'ogive, les bras et l'enveloppe sont réalisés en acier. - le dispositif de mélange et de diffusion est agencé en sortie d'un collecteur d'échappement d'un moteur de véhicule automobile. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un dispositif conventionnel de filtrage pour une ligne d'échappement de véhicule automobile - la figure 2 est une vue en coupe axiale d'un dispositif de mélange et de diffusion selon l'invention pour une ligne 20 d'échappement de véhicule automobile; - la figure 3 est une vue en coupe transversale d'un dispositif de mélange et de diffusion selon l'invention pour une ligne d'échappement de véhicule automobile; - la figure 4 est une vue en perspective d'un dispositif de 25 mélange et de diffusion selon l'invention pour une ligne d'échappement de véhicule automobile; Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires. Par convention, les termes "supérieur" ou "inférieur" désignent respectivement des éléments ou des positions orientés respectivement vers le haut ou le bas des figures 1 à 4. On a représenté à la figure 1 l'ensemble d'un dispositif 10 conventionnel de filtrage pour une ligne d'échappement d'un moteur thermique de véhicule automobile. De manière connue, le dispositif 10 comporte un boîtier 12 qui comporte un tronçon central 14 au sein duquel est agencé un filtre 15 à particules. Le filtre 15 est par exemple un filtre plus connu sous le nom de "monolithe", destiné à récupérer les suies contenues dans les gaz d'échappement d'un moteur diesel. Un tronçon amont 13 du boîtier 12 est relié à moins un io tube 16 amont d'alimentation en gaz d'échappement, et un tronçon aval 18 du boîtier 12 est relié à au moins un tube aval 20 d'évacuation des gaz d'échappement. Comme l'indiquent les flèches de la figure 1, les gaz pénètrent dans le filtre 15 par une surface d'entrée 24 du filtre 15 à particules. On a constaté que, lorsque le dispositif 10 est agencé à proximité du collecteur d'échappement, la vitesse des gaz d'échappement est telle que quasiment seule la zone de la surface d'entrée 24 du filtre 15 à particule qui est directement en regard du tube amont 16 est encrassée, alors que dans le cas d'un dispositif 10 agencé sous la caisse du véhicule, la distance importante qui sépare le dispositif 10 du collecteur et les vibrations de la ligne d'échappement suffisent à provoquer un ralentissement et un brassage suffisant des gaz d'échappement propre à assurer une répartition uniforme de l'encrassement. Pour remédier à cet inconvénient et permettre néanmoins l'implantation d'un tel dispositif à proximité du collecteur d'échappement du véhicule, l'invention propose un dispositif 10 du type décrit précédemment comportant des moyens de dispersion des gaz d'échappement sur toute la surface d'entrée 24 du filtre 15 à particules. Dans ce but, comme l'illustrent les figures 2 à 4, l'invention propose un dispositif 10 de diffusion et de mélange du type du dispositif de filtrage décrit précédemment, caractérisé en ce qu'un élément 22 de dispersion des gaz est agencé dans le tronçon 13 amont, sensiblement dans l'axe "A" du tube 16 amont et en regard du filtre 15 à particules, pour assurer un encrassement uniforme de la surface d'entrée 24 du filtre 15 à particules. De cette manière, le dispositif 10 peut être agencé 5 directement en sortie d'un collecteur d'échappement du moteur du véhicule automobile auquel il est destiné. D'une manière générale, l'élément 22 de dispersion des gaz présente en coupe axiale, la forme d'une aile dont l'intrados 26 et l'extrados 28 sont convexes et symétriques axialement. io En effet, dans le mode de réalisation préféré de l'invention, comme l'illustrent les figures 3 et 4, le tronçon central 14 est cylindrique, au moins le tronçon amont 13 est tronconique, et l'élément 22 de dispersion des gaz est constitué d'une ogive 22 agencée axialement dans le tronçon amont 13 et présentant une symétrie de révolution. Cette disposition n'est toutefois pas limitative de l'invention, et on pourrait envisager sans changer la nature de l'invention que le tronçon central 14 présente la forme d'un parallélépipède, que le tronçon amont 13 présente une forme trapézoïdale, et que l'élément 22 présente une forme d'aile dont l'intrados 26 et l'extrados 28, symétriques par rapport à un plan médian, soient tous deux convexes de manière à répartir les gaz d'échappement de manière uniforme sur la surface d'entrée 24 du filtre 15, lui aussi de forme parallélépipédique. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, comme l'illustrent les figures 2 et 4, l'ogive 22 comporte une extrémité 30 d'attaque bombée tournée vers le tube amont 13 et une extrémité de fuite 32 effilée qui est tournée vers le tronçon central 14. L'extrémité d'attaque 30 permet, comme l'illustrent les flèches de la figure 2, de diffuser les gaz d'échappement, et par conséquent les suies qu'ils contiennent, sur une large surface, c'est à dire pratiquement sur la totalité de la surface d'entrée 24. L'extrémité de fuite 32, quand à elle, permet par un effet de couche limite à la surface de l'ogive, de ramener une partie des gaz vers le centre de la surface d'entrée de manière à éviter que seule la bordure périphérique de la surface d'entrée ne reçoive les gaz d'échappement. Comme l'illustrent les figures 2 à 4, l'ogive 22 est maintenue dans le tronçon amont 13 par l'intermédiaire d'au moins trois bras radiaux 34 qui sont répartis angulairement de manière régulière autour de l'axe "A" et qui relient sensiblement l'ogive 22 à la périphérie interne du boîtier 12. Plus particulièrement, comme l'illustre la figure 4, chaque bras 34 est conformé en lame dont les flancs 36 sont orientés io parallèlement à la direction axiale "A". Chaque bras 34 est fixé à une extrémité 38 dans une partie intermédiaire de l'ogive 22 qui est agencée entre son extrémité 30 d'attaque et son extrémité 32 de fuite, et il est aussi fixé, à l'extrémité opposée 40, à proximité de la jonction entre le tronçon amont 13 et le tronçon central 14, à une enveloppe périphérique 42 du filtre 15 à particules. De préférence, l'ogive 22, les bras 34 et l'enveloppe 42 sont réalisés en acier de manière à pouvoir résister aux températures élevées des gaz d'échappement en sortie du collecteur du moteur thermique. Toutefois, tout autre matériau convenant à la bonne réalisation de l'invention, tel qu'un matériau céramique, peut aussi être utilisé. L'invention propose donc un dispositif 10 permettant de prolonger de manière simple et efficace la durée de vie d'un filtre 25 15 à particules en en assurant un encrassement uniforme. REVENDICATIONS 1. Dispositif (10) de diffusion et de mélange des gaz d'échappement d'un moteur thermique de véhicule automobile, du type qui comporte un boîtier (12) qui comporte un tronçon central (14) au sein duquel est agencé un filtre (15) à particules, un tronçon amont (13) qui est relié à moins un tube (16) amont d'alimentation en gaz d'échappement, et un tronçon aval (18) qui est relié à au moins un tube aval (20) d'évacuation des gaz d'échappement, io caractérisé en ce qu'un élément (22) de dispersion des gaz est agencé dans le tronçon amont (13), sensiblement dans l'axe (A) du tube amont (13) et en regard du filtre (15) à particules, pour assurer un encrassement uniforme d'une surface (24) d'entrée du filtre (15) à particules. 2. Dispositif (10) de diffusion et de mélange selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'élément (22) de dispersion des gaz présente en coupe axiale, la forme d'une aile dont l'intrados (26) et l'extrados (28) sont convexes et symétriques axialement. 3. Dispositif (10) de diffusion et de mélange selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le tronçon central (14) est cylindrique, en ce qu'au moins le tronçon amont (13) est tronconique, et en ce que l'élément de dispersion des gaz est constitué d'une ogive (22) agencée axialement dans le tronçon amont (13). 4. Dispositif (10) de diffusion et de mélange selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'ogive (22) comporte une extrémité d'attaque (30) bombée tournée vers le tube amont et une extrémité (32) de fuite effilée tournée vers le tronçon central (14). 5. Dispositif (10) de diffusion et de mélange selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que l'ogive (22) est maintenue dans le tronçon amont (13) par l'intermédiaire d'au moins trois bras radiaux (34) qui sont répartis angulairement de manière régulière et qui relient sensiblement l'ogive (22) à la périphérie interne du boîtier (12). 6. Dispositif (10) de diffusion et de mélange selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque bras (34) est conformé en lame dont les flancs (36) sont orientés parallèlement à la direction axiale (A) et en ce qu'il est fixé : - à une extrémité (38) dans une partie intermédiaire de l'ogive entre son extrémité (30) d'attaque et son extrémité (32) de fuite, io - à l'extrémité opposée (40), à proximité de la jonction entre le tronçon amont (13) et le tronçon central (14), à une enveloppe (42) périphérique du filtre (15) à particules. 7. Dispositif (10) de diffusion et de mélange selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'ogive (22), les 15 bras (34) et l'enveloppe (42) sont réalisés en acier. 8. Dispositif (10) de diffusion et de mélange selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est agencé en sortie d'un collecteur d'échappement d'un moteur de véhicule automobile.