Brevet FR2863653A1 — publié le 20050617

"Dispositif de filtrage pour une ligne d'échappement comportant un élément de génération d'écoulement tourbillonnaire" L'invention concerne un dispositif de filtrage pour une ligne d'échappement d'un moteur thermique de véhicule automobile. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif de filtrage pour une ligne d'échappement d'un moteur thermique de véhicule automobile, comportant un boîtier qui comprend un tronçon central au sein duquel est agencé un filtre à particules, io 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 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 ou d'un turbocompresseur 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 ou du turbocompresseur, 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 ou du turbocompresseur, la vitesse des gaz d'échappement est si élevée 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/du turbocompresseur 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 ou du turbocompresseur du véhicule, l'invention io propose un dispositif de filtrage comportant des moyens de génération d'un écoulement tourbillonnaire des gaz d'échappement dans le tube amont, de manière à permettre la répartition des gaz d'échappement sur toute la surface d'entrée du filtre à particules. Dans ce but, l'invention propose qu'un élément de génération d'écoulement tourbillonnaire soit agencé dans le tube amont, pour assurer un encrassement uniforme d'une surface d'entrée du filtre à particules. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - l'élément de génération d'écoulement tourbillonnaire est constitué d'un fil hélicoïdal enroulé selon la direction axiale dans le tube amont cylindrique, - le fil présente la forme d'une lame dont les flancs opposés sont orientés radialement perpendiculairement à une 25 paroi interne du tube amont cylindrique, - les flancs de la lame sont d'une dimension constante de manière que l'élément de génération d'écoulement tourbillonnaire occupe un encombrement radial déterminé dans le tube amont cylindrique, - les bords opposés de la lame, qui séparent ses flancs opposés, sont chacun d'épaisseur constante, - un des bords est fixé à la paroi interne du tube amont cylindrique, notamment par soudage, - le fil hélicoïdal est enroulé selon un pas déterminé, - l'élément de génération d'écoulement tourbillonnaire s'étend axialement dans le tube amont cylindrique jusqu'à la jonction entre le tube amont cylindrique et le tronçon amont, l'élément de génération d'écoulement tourbillonnaire est réalisé en acier, - le dispositif est agencé en sortie d'un collecteur d'échappement et/ou d'un turbocompresseur d'un moteur de véhicule automobile. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention io 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 15 véhicule automobile; - la figure 2 est une vue en coupe axiale d'un dispositif de filtrage selon l'invention pour une ligne d'échappement de véhicule automobile. Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence 20 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 2. 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. 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 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 ou d'un turbocompresseur 23 du moteur, la vitesse des gaz d'échappement est élevée, de sorte seulement la zone de la surface d'entrée 24 du filtre 15 à particules qui est directement en regard du tube amont 16 est io 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 10 à proximité d'un collecteur d'échappement ou d'un turbocompresseur du véhicule, l'invention propose un dispositif 10 du type décrit précédemment comportant des moyens de génération d'un écoulement tourbillonnaire des gaz d'échappement dans le tube amont, de manière à permettre la répartition des gaz d'échappement sur toute la surface d'entrée du filtre à particules. Dans ce but, l'invention propose un dispositif du type décrit précédemment, caractérisé en ce qu'un élément 22 de génération d'écoulement tourbillonnaire est agencé dans le tube amont 16, pour assurer un encrassement uniforme de la surface 24 d'entrée du filtre 15 à particules. De cette manière, le dispositif 10 peut être agencé directement en sortie d'un collecteur d'échappement du moteur du véhicule automobile, ou d'un turbocompresseur 23 à une sortie 25 duquel le tube amont 16 est relié comme représenté à la figure 2. D'une manière générale, le tube amont 16 est cylindrique et l'élément 22 de génération d'écoulement tourbillonnaire est constitué d'un fil 22 hélicoïdal enroulé dans le tube amont 16 selon la direction axiale "A" dudit tube amont 16. Plus particulièrement, le fil 22 présente la forme d'une lame dont les flancs 26 opposés sont orientés radialement perpendiculairement à une paroi interne 28 du tube amont 16 cylindrique. De cette manière, le fil 22 provoque une déviation du flux de gaz d'échappement circulant dans le tube amont 16. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, les flancs 26 de la lame sont d'une dimension "d" constante de io manière que l'élément 22 de génération d'écoulement tourbillonnaire occupe un encombrement radial déterminé dans le tube 16 amont cylindrique. Ainsi, l'élément 22 délimite un tunnel de diamètre "DI" dans le tube amont de diamètre "D2". Les gaz qui sont circulent à la périphérie du diamètre "DI" se voient imprimer un mouvement de rotation par le fil 22 et impriment à leur tour un mouvement de rotation aux gaz circulant dans le tunnel délimité par le diamètre "Dl". Cette configuration permet d'imprimer un mouvement tourbillonnaire à l'ensemble de la masse gazeuse sans en réduire le débit. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, les bords opposés 30, 32 de la lame 22, qui séparent ses flancs opposés 26, sont chacun d'épaisseur "e" constante. Cette configuration permet d'obtenir la lame 22 simplement à partir d'une bande d'acier qui est par exemple enroulée à chaud autour d'une matrice de diamètre "Dl", puis introduite dans le tube amont 16. Avantageusement, la bande est accolée à la paroi interne 28 du tube amont 16, de sorte qu'il n'est pas nécessaire d'utiliser de moyens de maintien spécifiques de la lame 22. Le bord extérieur 30 de la lame 22 est fixé à la paroi interne 28 du tube amont 16 cylindrique, notamment par soudage. II sera compris que le diamètre "Dl" d'enroulage du fil 22 et le pas de l'hélice selon lequel il est enroulé est déterminant pour les caractéristiques du mouvement tourbillonnaire que l'on désire obtenir. A cet effet, le fil 22 hélicoïdal est enroulé selon un pas "p" déterminé. De préférence, l'élément 22 de génération d'écoulement tourbillonnaire s'étend axialement dans le tube amont 16 cylindrique jusqu'à la jonction entre le tube 16 amont cylindrique et le tronçon amont 13, de manière à produire l'écoulement tourbillonnaire au plus près du filtre 15. L'invention propose donc un dispositif 10 permettant de lo prolonger de manière simple et efficace la durée de vie d'un filtre 15 à particules en en assurant un encrassement uniforme. REVENDICATIONS 1. Dispositif (10) de filtrage pour une ligne d'échappement d'un moteur thermique de véhicule automobile, comportant un boîtier (12) qui comprend 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, caractérisé en ce qu'un élément (22) de génération io d'écoulement tourbillonnaire est agencé dans le tube amont (16), pour assurer un encrassement uniforme d'une surface (24) d'entrée du filtre (15) à particules. 2. Dispositif (10) de filtrage selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'élément de génération d'écoulement tourbillonnaire est constitué d'un fil (22) hélicoïdal enroulé selon la direction axiale (A) dans le tube amont (16) cylindrique. 3. Dispositif (10) de filtrage selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le fil (22) présente la forme d'une lame dont les flancs (26) opposés sont orientés radialement perpendiculairement à une paroi interne (28) du tube (16) amont cylindrique. 4. Dispositif (10) de filtrage selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les flancs (26) de la lame sont d'une dimension (d) constante de manière que l'élément (22) de génération d'écoulement tourbillonnaire occupe un encombrement radial déterminé dans le tube (16) amont cylindrique. 5. Dispositif (10) de filtrage selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que les bords opposés (30, 32) de la lame, qui séparent ses flancs opposés, sont chacun d'épaisseur constante. 6. Dispositif (10) de filtrage selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'un des bords (30) est fixé à la paroi interne (28) du tube amont (16) cylindrique, notamment par soudage. 7. Dispositif (10) de filtrage selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le fil (22) hélicoïdal est enroulé selon 5 un pas (p) déterminé. 8. Dispositif (10) de filtrage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément (22) de génération d'écoulement tourbillonnaire s'étend axialement dans le tube amont (16) cylindrique jusqu'à la jonction entre le io tube (16) amont cylindrique et le tronçon amont (13). 9. Dispositif (10) de filtrage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément (22) de génération d'écoulement tourbillonnaire est réalisé en acier. 10. Dispositif (10) de filtrage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est agencé en sortie (25) d'un collecteur d'échappement et/ou d'un turbo-compresseur (23) d'un moteur de véhicule automobile.