Brevet FR2882396A1 — publié le 20060825

La présente invention concerne un dispositif de dépollution des gaz d'échappement d'un moteur thermique, du type comportant: - un volume d'échappement pour la circulation des gaz d'échappement, ledit volume présentant une entrée pour l'introduction des gaz d'échappement et une sortie pour l'évacuation des gaz d'échappement; et - un organe de traitement des gaz logé dans ledit volume entre l'entrée et la sortie. Afin de préserver l'environnement, il est souhaité de nos jours que les véhicules automobiles équipés d'un moteur thermique et notamment d'un moteur Diesel disposent de moyens de dépollution des gaz d'échappement. A cet effet, un filtre à particules est installé sur la ligne d'échappement afin de retenir les suies produites par le moteur. Il convient, lors du fonctionne-ment du véhicule, de procéder à une régénération périodique du filtre à particules afin d'éviter un colmatage ou une obturation du filtre à particules qui, s'il n'est pas régénéré, crée une baisse importante des performances du moteur. Cette régénération consiste en une combustion des suies contenues sur la face amont du filtre. Afin de faciliter la régénération du filtre, il est notamment connu d'ajouter au carburant alimentant le moteur un additif permettant d'abaisser la température de combustion des suies. A cet effet, il est connu d'ajouter dans le gasoil des additifs organométalliques notamment à base de cérium. Alternativement, des systèmes permettant de se passer d'additif ont été mis au point: dans ces systèmes, le filtre à particules est revêtu d'une composition catalytique permettant d'abaisser la température de régénération des suies. En outre, afin de provoquer la régénération périodique du filtre, il est connu d'initier la combustion en provoquant une augmentation au moins locale de la température sur la face amont du filtre à particules. Cette aug- mentation de température peut être obtenue, par exemple, par une post injection de carburant dans les cylindres du moteur; l'excès de carburant dans la ligne d'échappement provoque un exotherme lors de son passage sur un catalyseur d'oxydation placé en amont du filtre à particules. Enfin, il est connu de pulvériser un combustible directement dans la ligne d'échappement juste en amont d'un catalyseur d'oxydation placé devant du filtre à particules. Le carburant pulvérisé provoque une élévation de la température de la face amont du filtre provoquant l'initiation de la régéné- ration. Quel que soit le mode d'initiation de la régénération utilisé, il convient que cette régénération puisse avoir lieu sur l'ensemble de la surface amont du filtre. Or, on constate qu'il est difficile d'obtenir une combustion se propageant sur toute la surface amont du filtre, notamment du fait des températu- res différentes régnant sur l'étendue de cette face amont puisque dans le cas d'une conduite d'amenée des gaz centrée sur la face amont du filtre, les températures décroissent du centre de la face amont du filtre vers sa périphérie. L'invention a pour but de proposer un dispositif de dépollution favorisant la régénération du filtre à particules, notamment par combustion de toutes les suies déposées à la face amont du filtre. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de dépollution des gaz d'échappement d'un moteur thermique, du type précité, caractérisé en ce qu'il comporte un déflecteur mobile disposé en amont de la face amont de l'organe de traitement des gaz, lequel déflecteur est déplaçable entre une position active dans laquelle il détourne au moins en partie le flux gazeux vers une zone normalement plus froide de la face amont du filtre à particules, augmentant le flux gazeux dans cette zone au détriment d'une zone normalement plus chaude de la face amont de l'organe de traitement des gaz et une position escamotée dans laquelle il autorise le flux gazeux à circuler au travers de la zone normalement plus chaude de la face amont organe de traitement des gaz sans être au moins en partie détourné vers la zone normalement plus froide de la face amont du filtre à particules. Suivant des modes particuliers de réalisation, le dispositif comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - le déflecteur comporte un volet articulé entre la position active dans laquelle il s'étend sensiblement transversalement à la direction de circulation des gaz d'échappement entre l'entrée et la face amont de l'organe de traitement et la position escamotée dans laquelle il s'étend sensiblement parallèlement à la direction de circulation des gaz d'échappement entre l'entrée et la face amont de l'organe de traitement; -l'organe de traitement est un filtre à particules, il comporte des moyens de régénération périodique du filtre à particules par combustion des suies déposées sur la face amont du filtre, et il comporte des moyens pour déplacer le déflecteur de sa position escamotée vers sa position active, avant chaque phase de régénération, le déflecteur étant normalement dans sa position escamotée; - le déflecteur est disposé dans sa position active, dans le prolonge-ment de l'entrée suivant la direction d'écoulement du flux gazeux; - le déflecteur est disposé dans sa position active en regard de la partie centrale de la face amont du filtre à particules, suivant la direction d'écoulement du flux gazeux; et - le déflecteur mobile est disposé dans ledit volume, entre l'entrée et la face amont et l'organe de traitement des gaz. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant à la figure unique qui est une vue schématique d'un moteur Diesel et d'une ligne d'échappement équipée d'un dispositif selon l'invention. Sur la figure unique est représenté un moteur Diesel 10 formé par exemple par un moteur de propulsion d'un véhicule automobile. Ce moteur est alimenté depuis un réservoir de carburant 12 empli de gasoil. La sortie du moteur 10 est reliée à une ligne d'échappement 14. La ligne d'échappement est munie d'un volume d'échappement 16 renfermant un filtre à particules 18. Suivant un mode de réalisation avantageux, la ligne d'échappement comporte aussi un catalyseur d'oxydation 19 placé en amont du filtre à parti-cules 18. Ce catalyseur d'oxydation est formé par exemple d'un substrat po- yeux contenant des métaux précieux tels que le platine. Le filtre à particules 18 utilisé ici comporte par exemple un ensemble de canaux parallèles répartis en un premier groupe de canaux d'entrée et un second groupe de canaux de sortie. Les canaux d'entrée et de sortie sont disposés en quinconce. Les canaux d'entrée sont débouchants sur la section amont du filtre à particules et obturés au niveau de la section aval du filtre à particules. Au contraire, les canaux de sortie sont obturés sur la section amont du filtre à particules et sont débouchants sur sa section aval. Comme connu en soi, le filtre à particules est propre à retenir les suies produites lors de la combustion du gasoil et véhiculées par les gaz d'échappement. La ligne d'échappement comporte des moyens 21 de régénération périodiques du filtre à particules par combustion de suies déposées sur sa face amont. Suivant le mode de réalisation illustré, les moyens de régénération 21 comportent des moyens 22 de post injection d'un combustible liquide dans les cylindres du moteur. Une unité de pilotage 32 est reliée aux moyens 22 de post injection pour assurer leur commande. Cette unité de pilotage est reliée en outre à une sonde de pression 34 disposée en amont du filtre à particules 18, ainsi qu'à une autre sonde de pression 36 disposée en aval du filtre à particules 18. En outre, un capteur de température 38 relié à l'unité 32 est disposé dans la ligne d'échappement. L'unité de pilotage 32 est propre à commander les phases de régénération et notamment à commander la post injection d'une quantité prédéter- minée de combustible lorsqu'une condition prédéterminée définissant un besoin de régénération du filtre et portant sur les pressions mesurées et la température régnant dans la ligne d'échappement est satisfaite. En outre, un déflecteur mobile 40 est disposé dans le volume d'échappementl6 en amont de la face amont du filtre à particules 18. Dans un mode particulier de réalisation, ce déflecteur est disposé plus précisément dans un tronçon divergent 42 du volume d'échappement 16 contenant le filtre à particules 18. Ce tronçon divergent 42 présente une extrémité d'entrée 44 de section réduite connectée à la sortie du moteur par un tuyau 46 de liaison. L'extrémité élargie du tronçon divergent 42 s'ouvre en regard de la face amont notée 18A du filtre à particules. Dans le mode de réalisation illustré, le déflecteur mobile 40 est formé d'un disque d'obturation 48 monté mobile en rotation à l'intérieur du tronçon divergent 42 entre une position escamotée et une position active. Le disque 48 est monté sur un arbre rotatif 49 dont une extrémité est reliée mécaniquement à un actionneur 50 dont le bâti est solidarisé à la ligne d'échappement. L'actionneur 50 est relié à l'unité de traitement d'informations 32 pour sa commande. L'arbre 49 s'étend transversalement à la direc- tion de circulation de la veine gazeuse au travers du volume 16. Avantageusement, le déflecteur est disposé dans le prolongement de l'entrée 44 du dispositif de dépollution suivant la direction d'écoulement du flux gazeux. Le disque 48 présente un diamètre inférieur à la section du passage des gaz dans le divergent 42 et se trouve sensiblement suivant l'axe de divergent en position médiane. De même, le déflecteur mobile 40 est disposé en regard de la partie centrale de la face amont du filtre à particules. Dans sa position escamotée, le disque 48 s'étend parallèlement à la direction de circulation du flux gazeux, c'est-à-dire transversalement à la face amont 18A du filtre à particules. Dans sa position active, le déflecteur 40 s'étend transversalement à la direction d'écoulement du flux gazeux, c'est-à-dire sensiblement parallèle-ment à la face amont 18A du filtre à particules. Le dispositif décrit ici fonctionne de la manière suivante. En fonctionnement normal du véhicule, le déflecteur est dans sa position escamotée. Dans sa position escamotée, le déflecteur est sensiblement complètement effacé puisque seule son épaisseur s'oppose à la circulation du flux gazeux. Ainsi, les gaz se répartissent sur l'essentiel de la surface amont 18A du filtre à particules en circulant dans le tronçon divergent 42. Toutefois, la partie centrale de la face amont du filtre à particules étant dans le prolonge-ment de l'entrée 44, celle-ci est plus sollicitée par les gaz chauds, de sorte que cette partie constitue une zone normalement plus chaude que la zone périphérique qui est normalement plus froide. L'unité de pilotage 32 provoque une phase de régénération du filtre lorsqu'un encrassement par des suies de la face amont du filtre à particules et une température suffisante pour la régénération sont détectés. Lorsque la différence de pression entre l'amont et l'aval du filtre à particules fournie par les sondes de pression 34, 36 est supérieure à un premier seuil prédéterminé et que la température mesurée par le capteur 38 est supérieure à un second seuil, la régénération est initiée. Lors d'une étape initiale de régénération ou afin de préparer une telle étape (par exemple une minute avant la post injection), le déflecteur 40 est amené dans sa position active. Dans cette position, il s'étend au droit de la zone normalement la plus chaude du filtre à particules, c'està-dire sa zone centrale. Ainsi, il provoque une déviation d'une partie du flux gazeux vers la zone périphérique normalement plus froide, augmentant ainsi le flux gazeux dans cette zone normalement plus froide. Ainsi, la température de la zone périphérique de la face amont 18A du filtre augmente. Le déflecteur est maintenu dans sa position active pendant une période de temps prédéterminée, par exemple égale à 1 minute. A l'issue de cette période de temps, la distribution thermique en avant de la surface amont du filtre à particules est sensiblement homogène permettant ainsi une combustion régulière des suies. Pour l'initiation de la combustion, sur commande de l'unité de pilotage 32, un excès de combustible est injecté dans le moteur par les moyens 22. Le combustible non consommé se retrouve ensuite dans la ligne d'échappement et provoque un exotherme à son arrivée sur le catalyseur d'oxydation 19 placé en amont du filtre à particules 18. Cet exotherme conduit à une auto-inflammation des suies dont la combustion se propage alors en étant entretenue sur toute la face amont 18A du filtre à particules du fait que les suies sont, avant l'initiation de la combustion, sensiblement toutes à la même température. La combustion des suies libère ainsi la face amont du filtre à particules qui était obturée par ces suies. On constate qu'une répartition homogène de la température sur la face amont du filtre à particules, avant l'initiation de la combustion, permet que les suies subissent une combustion complète sur toute la surface amont, permettant ainsi une régénération complète. Avant et pendant l'initiation de la combustion, ou pendant la combustion proprement dite des suies, le déflecteur 40 est avantageusement main-tenu dans sa position active. Pendant ou après (en fonction de la stratégie établie par le contrôle moteur) la phase de régénération, le déflecteur est ramené par l'actionneur 50 sous la commande de l'unité de traitement d'in- formations 32 dans sa position escamotée, réduisant ainsi la perte de charge constituée par le déflecteur dans la ligne d'échappement. Suivant des modes particuliers de réalisation, le déflecteur présente d'autres formes qu'une forme circulaire. En particulier, celui-ci est avantageusement ovale, ondulé ou encore profilé suivant un contour irrégulier. Suivant un mode particulier, le déflecteur présente une forme de demilune, c'est-à-dire une forme de demi disque et l'actionneur 50 est propre à déplacer le déflecteur entre une position escamotée et deux positions actives réparties de part et d'autre de la position escamotée, le déflecteur étant dans chaque position active perpendiculaire au sens d'écoulement normal des gaz d'échappement. Ainsi, une régénération sélective de seule- ment une moitié de la face amont 18A du filtre à particules est obtenue. Dans tous les modes de réalisation envisagés précédemment, la sur-face du déflecteur est plane. En variante, elle est perforée et/ou ondulée. Suivant encore une variante de réalisation, la surface du déflecteur est revêtue d'un matériau catalytique. Suivant une autre variante, le déflecteur est disposé dans le tuyau d'échappement 46, en amont de l'entrée 44. Dans le cas où le tronçon convergent 42 n'est pas symétrique, ou noninvariant par rotation autour d'un axe médian, la position du déflecteur est adaptée pour que le déflecteur se trouve dans la région où la température des gaz d'échappement est maximale. Plus généralement, dans le cas où un catalyseur d'oxydation est placé en amont du filtre à particules, le déflecteur est placé soit en amont du catalyseur, soit en aval de celui-ci, c'est-à-dire entre la face aval du catalyseur et la face.amont du filtre à particules. REVENDICATIONS 1.- Dispositif (10) de dépollution des gaz d'échappement d'un moteur thermique comportant: - un volume d'échappement (16) pour la circulation des gaz d'échap- pement, ledit volume (16) présentant une entrée (44) pour l'introduction des gaz d'échappement et une sortie pour l'évacuation des gaz d'échappement; et - un organe de traitement des gaz (18) logé dans ledit volume (16) entre l'entrée (44) et la sortie, caractérisé en ce qu'il comporte un déflecteur mobile (40) disposé en amont de la face amont (18A) de l'organe de traitement des gaz (18), lequel déflecteur (40) est déplaçable entre une position active dans laquelle il détourne au moins en partie le flux gazeux vers une zone normalement plus froide de la face amont du filtre à particules, augmentant le flux gazeux dans cette zone au détriment d'une zone normalement plus chaude de la face amont de l'organe de traitement des gaz (18) et une position escamotée dans laquelle il autorise le flux gazeux à circuler au travers de la zone normalement plus chaude de la face amont de l'organe de traitement des gaz (18) sans être au moins en partie détourné vers la zone normalement plus froide de la face amont du filtre à particules. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le déflecteur (40) comporte un volet articulé (48) entre la position active dans laquelle il s'étend sensiblement transversalement à la direction de circulation des gaz d'échappement entre l'entrée (44) et la face amont (18A) de l'organe de tai- tement (18) et la position escamotée dans laquelle il s'étend sensiblement parallèlement à la direction de circulation des gaz d'échappement entre l'entrée (44) et la face amont (18A) de l'organe de traitement (18). 3.- Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'organe de traitement est un filtre à particules (18), en ce qu'il comporte des moyens (21) de régénération périodique du filtre à particules par combustion des suies déposées sur la face amont (18A) du filtre, et en ce qu'il comporte des moyens (32, 50) pour déplacer le déflecteur (40) de sa position escamo- tée vers sa position active, avant chaque phase de régénération, le déflecteur (40) étant normalement dans sa position escamotée. 4.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le déflecteur (40) est disposé dans sa position active, dans le prolongement de l'entrée (44) suivant la direction d'écoulement du flux gazeux. 5.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le déflecteur (40) est disposé dans sa position active en regard de la partie centrale de la face amont (18A) du filtre à particules, suivant la direction d'écoulement du flux gazeux. 6.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le déflecteur mobile (40) est disposé dans ledit volume (16), entre l'entrée (44) et la face amont (18A) de l'organe de traitement des gaz (18).