Brevet FR2877041A1 — publié le 20060428

La présente invention concerne un dispositif de traitement des gaz d'échappement pour véhicule automobile, du type incluant: - un convertisseur comprenant une chambre recevant des moyens de traitement des gaz d'échappement, la chambre présentant une extrémité ouverte 5 d'entrée ou de sortie des gaz d'échappement; et - une conduite prévue pour la circulation des gaz d'échappement entrant ou sortant par ladite extrémité ouverte de la chambre, ladite conduite comprenant une extrémité ouverte d'entrée ou de sortie des gaz d'échappement. Une ligne d'échappement d'un véhicule automobile à moteur à [o combustion interne comprend généralement un ou plusieurs convertisseurs permettant le traitement des gaz d'échappement avant leur rejet vers l'extérieur. Différents types de convertisseurs sont connus. Des exemples non limitatifs de convertisseurs sont les catalyseurs ou les filtres à particules. Les convertisseurs sont reliés entre eux et à la sortie du moteur à [5 combustion interne par des conduites. Ces conduites présentent des tronçons cintrés pour former des coudes permettant de suivre un chemin courbe de la ligne d'échappement. De tels tronçons cintrés sont situés notamment en entrée ou en sortie des convertisseurs pour dévier le flux de gaz d'échappement en entrée ou en sortie de ces convertisseurs. Pour des raisons tenant au bon fonctionnement des convertisseurs actuels, il est souhaitable d'implanter ces convertisseurs dans la ligne d'échappement à proximité du moteur à combustion interne. En effet, ceci permet une montée en température plus rapide lors d'une phase de démarrage et un É 25 fonctionnement à température plus élevée lors d'une phase de fonctionnement stabilisé, du fait de la température élevée des gaz d'échappement en sortie du moteur à combustion interne. Néanmoins, les véhicules comprennent des logements de moteur recevant déjà un grand nombre d'équipements du véhicule, comme un _;o embrayage, un maître-cylindre de freinage, un pont de transmission, une boîte de vitesse... L'espace disponible pour l'implantation du convertisseur est par conséquent réduit. Or, les tronçons cintrés en entrée ou en sortie des convertisseurs présentent un encombrement important du fait de leur rayon de courbure, qui 5 peut difficilement être réduit. Un but de la présente invention est de proposer un dispositif de traitement des gaz d'échappement dans lequel les gaz d'échappement sont déviés en entrée ou en sortie d'un convertisseur et qui soit compact. A cet effet, la présente invention propose un dispositif de traitement o des gaz d'échappement du type précité, caractérisé en ce qu'il comprend une cloche en forme de coupelle comprenant une bouche délimitée par un bord, la bouche étant disposée en regard des extrémités ouvertes de la chambre et de la conduite de façon que les extrémités ouvertes de la chambre et de la conduite débouchent dans la cloche par ladite bouche, la cloche étant fixée sur la conduite is et le convertisseur suivant une ligne de liaison fermée s'étendant le long du bord de la bouche et entourant lesdites extrémités ouvertes. Selon d'autres mode de réalisation, le dispositif de traitement des gaz d'échappement comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles: - la conduite est fixée au niveau de son extrémité ouverte sur le convertisseur; - les extrémités ouvertes sont adjacentes le long d'une ligne; - le convertisseur comprend une enveloppe délimitant intérieurement la chambre, l'enveloppe comprenant un bord délimitant intérieurement l'extrémité ouverte de la chambre et extérieurement l'extrémité ouverte de la conduite; - la conduite présente un bord délimitant l'extrémité ouverte, le convertisseur comprend un bord délimitant l'extrémité ouverte, lesdits bords sont en contact au niveau d'une ligne; - l'extrémité ouverte de la chambre et l'extrémité ouverte de la 30 conduite sont distantes; le dispositif comprend une entretoise est interposée entre les extrémités ouvertes; - une portion du bord de la cloche est soudée sur l'extrémité ouverte de la conduite; - une portion du bord de la cloche est soudée sur l'extrémité ouverte du convertisseur. L'invention concerne également une ligne d'échappement comprenant un dispositif de traitement des gaz d'échappement tel que défini ci-dessus. L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description qui va o suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif de traitement des gaz d'échappement conforme à l'invention, selon un premier mode de réalisation, où une cloche est représentée séparée d'une conduite et d'un is convertisseur; - la figure 2 est une vue de côté en coupe du dispositif de la figure 1, la cloche étant représentée assemblée avec la conduite et le convertisseur; - la figure 3 est une vue de face en coupe selon III/III de la figure 2; - la figure 4 est une vue analogue à la figure 2 illustrant un dispositif de traitement des gaz d'échappement conforme à l'invention, selon un deuxième mode de réalisation; - la figure 5 est une est une vue de face en coupe selon VN de la figure 4; et - la figure 6 est une vue analogue à la figure 2 illustrant un dispositif de 25 traitement des gaz d'échappement conforme à l'invention, selon un troisième mode de réalisation. Sur la figure 1, un dispositif de traitement 2 des gaz d'échappement est destiné à être disposé dans une ligne d'échappement située en sortie d'un moteur à combustion interne (non représenté). Le dispositif de traitement 2 comprend un convertisseur 4 de traitement des gaz d'échappement, une conduite 6 de circulation des gaz d'échappement, et une cloche 8 permettant le passage des gaz d'échappement entre la conduite 6 et le convertisseur 4. Le convertisseur 4 présente une enveloppe 10 métallique recevant intérieurement des moyens de traitement des gaz d'échappement. L'enveloppe 5 10 est tubulaire et cylindrique. Les moyens de traitement comprennent une structure 12 en nids d'abeille présentant une pluralité d'alvéoles 14. Les alvéoles 14 présentent par exemple avec un profil hexagonal. En variante, les alvéoles 14 présentent une profil différent, par exemple un profil quadrangulaire. o Les surfaces internes des alvéoles 14 sont revêtues de revêtements catalyseurs non visibles, contenant par exernple des métaux précieux. Comme cela est mieux visible sur la figure 2, l'enveloppe 10 définit intérieurement une chambre 16 s'étendant suivant un axe L et présentant une première extrémité axiale ouverte avant 18 et une deuxième extrémité axiale ouverte arrière 20. Les extrémités ouvertes 18, 20 sont sensiblement planes et circulaires. La structure 12 est reçue dans la chambre 16. Les alvéoles 14 s'étendent parallèlement à l'axe L entre l'extrémité ouverte avant 18 et l'extrémité ouverte arrière 20. La conduite 6 est disposée dans le sens d'écoulement des gaz d'échappement en amont du convertisseur 4. La conduite 6 permet de relier de manière fluidique l'extrémité ouverte avant 18 du convertisseur 4 avec la sortie des chambres de combustion d'un moteur à combustion interne (non représenté). La conduite 6 est métallique et présente un orifice arrière d'entrée 22 gis et une extrémité ouverte avant 24. L'extrémité ouverte avant 24 de la conduite 6 est sensiblement plane et se situe sensiblement dans un même plan commun P que l'extrémité ouverte avant 18 de la chambre 16. La conduite 6 et la chambre 16 s'étendent à partir de leurs extrémités _so ouvertes avant 24, 18 du même côté du plan commun P. La conduite 6 et le convertisseur 4 sont donc disposés côte à côte, et leurs extrémités ouvertes avant 18, 24 se situent sensiblement au même niveau et sont orientées sensiblement dans la même direction. Les extrémités ouvertes avant 18, 24 sont en outre adjacentes. Plus précisément, la conduite 6 est en contact par un bord 26 5 délimitant son extrémité ouverte avant 24 avec un bord 28 de l'enveloppe 10 délimitant l'extrémité ouverte avant 18. La conduite 6 et l'enveloppe 10 sont fixés mutuellement au niveau de leurs extrémités ouvertes avant 18, 24. La fixation est réalisée à l'aide d'un cordon de soudure 30 prévu au niveau de la zone de contact entre les bords 26, [o 28. La cloche 8 recouvre les extrémités ouvertes avant 18, 24 de façon à former à l'avant de celles-ci une cavité 32 étanche permettant la circulation des gaz d'échappement entre la conduite 6 et la chambre 16. La cloche 8 se présente sous la forme d'une coupelle 34 métallique [5 présentant une unique bouche 36. La bouche 36 est sensiblement plane et située sensiblement dans le plan commun P en regard des extrémités ouvertes avant 18, 24. Les extrémités ouvertes avant 18, 24 débouchent chacune dans ladite bouche 36. Un bord 38 de la cloche 8 délimitant la bouche 36 épouse le contour des extrémités ouvertes 18, 24 et est fixé de façon étanche sur l'enveloppe 10 et la conduite 6, par exemple par l'intermédiaire d'un cordon de soudure 40. Dans l'exemple illustré, le bord 38 de la cloche 8 entoure les extrémités ouvertes avant 18, 24 et recouvre extérieurement les portions non adjacentes des bords 26, 28. La cavité étanche 32 se situe du côté du plan commun P opposé à la chambre 16 et à la conduite 6. En fonctionnement, les gaz d'échappement pénètrent dans la conduite 6 par l'orifice arrière 22, circulent dans la conduite 6 jusqu'à l'extrémité ouverte :;o avant 24, circulent dans la cavité 32, pénètre dans la chambre 16 par l'extrémité ouverte avant 18, puis circulent dans les alvéoles 14 avant de ressortir par l'extrémité ouverte arrière 20. Les gaz d'échappement sortent de la conduite 6 par l'extrémité ouverte avant 24 avec une première direction principale d'écoulement D1. Les gaz d'échappement sont déviés dans la cloche 8 et pénètrent dans la chambre 16 suivant une deuxième direction principale d'écoulement D2 différente de la première direction principale d'écoulement Dl. La deuxième direction principale d'écoulement D2 est parallèle à l'axe L. Dans l'exemple illustré, la conduite 6 est légèrement inclinée, de façon io que les première Dl et deuxième D2 directions principales d'écoulement forment un angle d'environ 170 . Les premières Dl et deuxième D2 directions principales forment de préférence un angle compris entre 90 et 180 . Dans l'exemple illustré, l'aire de l'extrémité ouverte 24 de la conduite 6 15 est inférieure à l'aire de l'extrémité ouverte 18 de la chambre 16. La cloche 8 présente une forme permettant de répartir sensiblement uniformément les gaz d'échappement sur la section de l'extrémité ouverte avant 18, afin d'assurer une répartition sensiblement uniforme des gaz d'échappement dans les alvéoles 14. A cet effet, dans l'exemple illustré, la cloche 8 présente une profondeur décroissante depuis une région 42 située en regard de l'extrémité ouverte 24 de la conduite 6 vers une région 44 située en regard de l'extrémité ouverte 18 de la chambre 16. La cloche 8 présente pour cela un fond 46 incliné par rapport au plan commun P. Le fond 46 rejoint le plan commun P au niveau d'une zone 48 du bord 28 située du côté opposé à l'extrémité ouverte avant 24 de la conduite 6, et s'écarte du plan commun P en direction de l'extrémité ouverte avant 24. Le fond 46 présente en outre dans la région 42 en regard de l'extrémité ouverte 24 une dépression 52 augmentant la profondeur de la cloche 8 dans cette région 42. Comme on peut mieux le voir sur la figure 3, les bords 26 et 28 de l'extrémité ouverte avant 18, 24 sont en contact suivant une ligne de contact C sur une partie de leur circonférence. Plus spécifiquement, le bord 28 est circulaire et le bord 26 présente une première partie de contact 54 s'étendant en arc de cercle à concavité orientée vers l'extérieur de la conduite 6. La partie de contact 54 est en contact avec un secteur angulaire du bord 28, s'étendant par exemple sur 120 . La partie de contact 54 épouse la surface extérieure de l'enveloppe 10 au niveau du bord 28. La ligne de contact C s'étend en arc de cercle. Le bord 26 comporte une deuxième partie 56 distante du bord 28. La deuxième partie 56 s'étend entre les extrémités de la première partie de contact 54, de sorte que la première partie 54 et la deuxième partie 56 se complètent pour former le bord 26. La deuxième partie 56 présente ici un profil sensiblement en arc de cercle à concavité orientée vers l'intérieur de la conduite 6. L'extrémité ouverte avant 24 présente par conséquent un profil en croissant de lune. La deuxième partie 56 du bord 26 et la portion 58 du bord 28 qui n'est pas en contact avec le bord 26 définissent un profil extérieur sensiblement ovale. Le bord 38 de la cloche 8 présente de façon correspondante un contour fermé sensiblement ovale épousant le profil extérieur des extrémités ouvertes 18, 24. La cloche 8 est fixée sur le convertisseur 4 et la conduite 6 suivant une ligne de liaison fermée S (illustrée schématiquement sur la figure 3 par une ligne en traits mixte), suivant le bord 38 et entourant les extrémités ouvertes 18, 24. En d'autres termes, les extrémités ouvertes avant 18, 24 débouchent toutes deux à travers la surface imaginaire délimitée par la ligne de liaison fermée S. 3o La ligne de liaison S s'étend en partie le long du bord 26 et en partie le long du bord 28. Plus précisément, la ligne de liaison S s'étend le long de la deuxième partie 56 du bord 26 et de la portion 58 du bord 28 qui sont espacées l'une de l'autre. En variante, les bords 26 et 28 présentent des profils différents de ceux mentionnés ci-dessus, les bords 26 et 28 étant néanmoins en contact 5 suivant une ligne de contact C. De manière générale, les extrémités ouvertes 18, 24 sont situées côte à côte, et sont adjacentes le long d'une ligne C. Le dispositif de traitement 2 permet de disposer la conduite 6 et le convertisseur 4 dans un espace réduit, tout en assurant la déviation des gaz [o d'échappement entre la conduite 6 et le convertisseur 4 où les gaz s'écoulent suivant des directions Dl et D2 différentes. En effet, la disposition des extrémités ouvertes 18, 24 côte à côte (c'est-à-dire qu'elles ne sont pas en regard l'une de l'autre) et débouchant dans une même bouche 36 d'une cloche 8 recouvrant les extrémité ouvertes 18, 24, [5 permet de limiter l'encombrement du dispositif de traitement 2 suivant l'axe L. Par ailleurs, les extrémités ouvertes 18, 24 situées côte à côte et adjacentes le long d'une ligne C permettent de limiter l'encombrement du dispositif de traitement 2 dans un plan transversal à l'axe L. Telle que représenté en pointillés sur le figure 3, l'orifice arrière 22 de:w la conduite 6 présente un profil circulaire. Entre son orifice arrière 22 et son extrémité avant ouverte 24, la conduite 6 présente une section variant progressivement. De préférence, l'aire de la section augmente progressivement de l'orifice arrière 22 vers l'extrémité ouverte avant 24 pour ralentir les gaz 25 d'échappement avant leur entrée dans le convertisseur 4. Comme on peut mieux le cornprendre sur la figure 1, une telle conduite 6 peut être réalisée en deux coques 60, 62 reliées suivant des lignes de jonction 64, par exemple par un cordon de soudure (une seule ligne de jonction étant visible sur la figure 1). Dans l'exemple illustré, chaque ligne de jonction 64 s'étend depuis une extrémité en pointe de l'extrémité ouverte 24 en croissant de lune jusqu'à l'orifice arrière 22. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 4, le dispositif de traitement 2 diffère du mode de réalisation précédent en ce que l'extrémité ouverte avant 18 du convertisseur 4 et l'extrémité ouverte avant 24 de la conduite 6 ne sont pas adjacentes. Les extrémités ouvertes avant 18, 24 sont situées à distance l'une de l'autre dans le plan commun P. io Une entretoise 66 est disposée entre leurs bords 26, 28, et fixée sur ceux-ci, par exemple à l'aide de cordons de soudure 68. L'entretoise 66 s'étend dans le plan commun P. L'entretoise 66 facilite la fixation de la conduite 6 sur le convertisseur 4 en ménageant un espace plus important pour réaliser les cordons de soudure 68. is Comme représenté sur la figure 5, l'entretoise 66 permet de prévoir des extrémités ouvertes avant 18, 24 ne présentant pas des profils complémentaires. La ligne de liaison S de la cloche 8 est fermée et s'étend le long du bord 38 en entourant les extrémités ouvertes avant 18, 24. La ligne de liaison S s'étend en partie le long du bord 26, en partie le long du bord 28, et en partie le long de bords 69 de l'entretoise 66 qui s'étendent entre les extrémités ouvertes avant 18, 24. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 6, le dispositif de traitement 2 diffère du premier mode de réalisation en ce que la conduite 6 est délimitée, dans un tronçon situé à proximité de l'extrémité ouverte avant 24, par l'enveloppe 10. Pour ce faire, le conduite 6 comprend une première paroi 70 s'étend jusqu'à l'extrémité ouverte avant 24, et une deuxième paroi 72 qui s'interrompt à distance de cette extrémité ouverte avant 24 et rejoint l'enveloppe 10 sur laquelle elle est fixée de façon étanche. 2877041 io Un tronçon de la conduite 6 du côté de l'orifice arrière 22 est par conséquent délimité entre la première paroi 70 et la deuxième paroi 72, le tronçon du côté de l'ouverture ouverte avant 24 étant délimité entre la première paroi 70 et l'enveloppe 10. Le bord 28 de l'enveloppe 10 délimite intérieurement l'extrémité ouverte avant 18, et extérieurement et en partie l'extrémité ouverte avant 24 de la conduite 6. Les bords des extrémités ouvertes avant 18, 24 sont ici aussi adjacents au niveau d'une ligne correspondant au bord 28. En variante, les extrémités ouvertes avant 18, 24 ne sont pas situé dans le même plan commun P, mais dans des plans parallèles et décalé, ou des plan incliné l'un par rapport à l'autre. Dans ce cas, la bouche 36 de la cloche 8 n'est pas plane mais gauche. De manière générale, une conduite 6 et une cloche 8 telles que décrites sont disposées en entrée et/ou en sortie du convertisseur 4. De manière également générale, l'invention s'applique à tous types de dispositifs de traitement, et pas seulement à ceux comprenant des convertisseurs catalytiques. Par exemple, l'invention s'applique aux dispositifs de traitement comprenant des filtres à particules. Il REVENDICATIONS 1.- Dispositif de traitement des gaz d'échappement pour véhicule automobile, du type incluant: - un convertisseur (4) comprenant une chambre (16) recevant des moyens de traitement (12) des gaz d'échappement, la chambre (16) présentant une extrémité ouverte (18) d'entrée ou de sortie des gaz d'échappement; - une conduite (6) prévue pour la circulation des gaz d'échappement entrant ou sortant par ladite extrémité ouverte (18) de la chambre (16), ladite o conduite (6) comprenant une extrémité ouverte (24) d'entrée ou de sortie des gaz d'échappement; caractérisé en ce qu'il comprend une cloche (8) en forme de coupelle comprenant une bouche (36) délimitée par un bord (38), la bouche (36) étant disposée en regard des extrémités ouvertes (18, 24) de la chambre (16) et de la conduite (6) de façon que les extrémités ouvertes (18, 24) de la chambre (16) et de la conduite (6) débouchent dans la cloche (8) par ladite bouche (36), la cloche (8) étant fixée sur la conduite (6) et le convertisseur (4) suivant une ligne de liaison fermée (S) s'étendant le long du bord (38) de la bouche (36) et entourant lesdites extrémités ouvertes (18, 24). 2.- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la conduite (6) est fixée au niveau de son extrémité ouverte (24) sur le convertisseur (4). 3.- Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les 2:s extrémités ouvertes (18, 24) sont adjacentes le long d'une ligne. 4.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le convertisseur (4) comprend une enveloppe (10) délimitant intérieurement la chambre (16), l'enveloppe (10) comprenant un bord 2o (28) délimitant intérieurement l'extrémité ouverte (18) de la chambre (16) et extérieurement l'extrémité ouverte (24) de la conduite (6). 5.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la conduite (6) présente un bord (26) délimitant l'extrémité ouverte (24), le convertisseur (4) comprend un bord (28) délimitant l'extrémité ouverte (18), lesdits bords (26, 28) sont en contact au niveau d'une ligne. 6.- Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'extrémité ouverte (18) de la chambre (16) et l'extrémité ouverte (24) de la conduite (6) sont distantes. 7.- Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend une entretoise (66) interposée entre les extrémités ouvertes (18, 24). 8.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, 15 caractérisé en ce qu'une portion du bord (38) de la cloche (8) est soudée sur l'extrémité ouverte (24) de la conduite (6). 9.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une portion du bord (38) de la cloche (8) est soudée sur 20 l'extrémité ouverte (18) du convertisseur (4). 10.- Ligne d'échappement, caractérisé en ce qu'elle comprend un dispositif de traitement des gaz d'échappement selon l'une quelconque des revendications précédentes.