Brevet FR2909711A1 — publié le 20080613

- 1 - DISPOSITIF D'ECHAPPEMENT POUR MOTEUR TURBOCOMPRESSE OU NON La présente invention concerne les dispositifs d'échappement pour moteurs à combustion interne. Elle trouve une application privilégiée, mais non exclusive, sur les moteurs turbocompressés, dont le flux des gaz d'échappement entraîne la turbine d'un turbocompresseur, avant de rejoindre la ligne d'échappement et les systèmes de post-traitements associés à celle-ci, lorsqu'ils sont présents. Plus précisément, cette invention a pour objet un dispositif d'échappement pour moteur à combustion, notamment turbocompressé, comprenant un collecteur d'échappement et des moyens d'isolation thermique destinés à réduire les pertes de chaleur des gaz entre leur sortie des cylindres du moteur, et leur arrivée dans un organe de traitement de la ligne d'échappement. Pour être efficaces, les systèmes de post- traitement placés dans la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne, doivent atteindre des températures minimales, en dessous desquelles les polluants sont peu ou mal traités. Ce problème est particulièrement critique lors du démarrage du moteur. Pour limiter, les déperditions de chaleur dans un dispositif d'échappement, principalement entre le collecteur d'échappement et les organes de dépollution, on cherche notamment à rendre l'ensemble de ce dispositif le plus compact possible. Dans le cas d'un moteur, turbocompressé, il s'agit en particulier de diminuer les déperditions de chaleur entre le 2909711 - 2 - collecteur d'échappement, le turbocompresseur traversé par les gaz, et le premier organe de traitement présent sur la ligne d'échappement, par exemple un catalyseur, un filtre à particules (FàP), ou un piège à 5 oxydes d'azote (NOx-Trap). Par la publication WO 02/073010, on connaît un collecteur d'échappement à double paroi, entre lesquelles circule une couche d'air isolant de l'extérieur, les gaz qui traversent le collecteur en 10 direction de la ligne d'échappement. L'intérêt d'un tel système d'isolation est certain, mais son implantation se heurte le plus souvent à un problème d'encombrement. Par ailleurs, son efficacité est contestable, si on doit allonger les 15 tubulures de la ligne d'échappement, où les déperditions de chaleur sont particulièrement élevées. On peut notamment placer le turbocompresseur sous le collecteur d'échappement, dans l'objectif de raccourcir le tube d'échappement entre le collecteur 20 et le système de post-traitement, et de diminuer ainsi les pertes de chaleur à ce niveau. En contrepartie, il faut alors rallonger le conduit d'arrivée d'air frais, jusqu'au turbocompresseur, pour contourner le collecteur. Or, un tel allongement, est pénalisant pour 25 les performances du moteur, en raison des pertes de charge qu'il introduit dans l'admission d'air. Une autre disposition consiste à placer le turbocompresseur au dessus du collecteur d'échappement. On peut ainsi éviter ces pertes de charge, mais en 30 contre partie, on augmente les pertes thermiques entre le collecteur et le système de post-traitement. 2909711 3 La présente invention vise à tirer profit d'un système d'isolation thermique du collecteur d'échappement, tout en limitant les déperditions sur le reste des conduites d'échappement. 5 Dans ce but, elle propose que les moyens d'isolation soient intégrés dans un circuit de retour sur le collecteur, des gaz d'échappement issus de celui-ci. Le dispositif d'échappement peut avantageusement 10 comporter une boucle de retour vers le collecteur, permettant aux gaz issus de celui-ci d'entrer en contact avec sa paroi extérieure. De préférence, cette boucle passe par la turbine d'un turbocompresseur. 15 D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation non limitatif de celle-ci, en se reportant aux dessins annexés, sur lesquels : 20 - les figures 1 et 2 illustrent des dispositions connues, et - les figures 3 et 4 illustrent deux modes de réalisation de l'invention. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement 25 un collecteur d'échappement 1 et un turbocompresseur 2, dont le compresseur 3 reçoit de l'air frais par une première conduite 4 reliée à une arrivée d'air frais 6. Sa turbine 7 reçoit, par une deuxième conduite 8, les gaz issus du collecteur 1, et les évacue par une 30 troisième conduite 9, en direction d'un système de post-traitement 11. Le schéma met en évidence qu'avec 2909711 - 4 - une telle disposition, la distance CD parcourue par les gaz entre la turbine 7 et le posttraitement 11 est relativement courte, tandis que la distance AB entre l'arrivée d'air frais 6 et le compresseur 7 est 5 relativement importante, car le conduit 4 doit contourner le collecteur, avec les inconvénients précités. Sur la figure 2, la disposition est inversée, puisque le turbocompresseur 7 est disposé au dessus du 10 collecteur 1. La distance AB est donc plus courte que sur la figure 1, alors que la distance CD est plus longue, avec pour inconvénient d'augmenter les déperditions de chaleur sur la ligne d'échappement. Dans le dispositif illustré par la figure 3, le 15 turbocompresseur 7 est disposé au-dessus du collecteur 1, comme sur la figure 2. Par ailleurs, le collecteur 1 est intégré dans un boîtier 12, traversé par les gaz d'échappement. On dispose ainsi d'un collecteur à double paroi , parcourue par les gaz d'échappement 20 sortant du turbocompresseur. Le boîtier 12 renferme le collecteur 1, et présente une paroi extérieure 13. Il est relié par un conduit 9a au turbocompresseur 7, et par un autre conduit 9b, au système de post-traitement (non représenté sur les figures 3 et 4). Sur la figure 25 3, les gaz d'échappement circulent donc à partir de la culasse et du collecteur 1, par un premier conduit 8, aussi court que possible, jusqu'à la turbine 7, puis empruntent la boucle de retour sur le collecteur 1, par le conduit 9a débouchant dans le boîtier 13. En sortie 30 du boîtier 12, ces gaz empruntent le conduit 9, 2909711 - 5 - également aussi court que possible en direction du système de post-traitement. La double paroi la, 13 et sa couche intermédiaire de gaz chauds, constituent un boîtier 5 d'isolation 12 du collecteur 1, qui est intégré dans le circuit de retour des gaz d'échappement issus du collecteur 1 et du turbocompresseur 7. Le dispositif d'échappement proposé comprend donc une boucle de retour 9a vers le collecteur 1, permettant aux gaz 10 issus de celui-ci d'entrer en contact avec sa paroi extérieure la. Cette boucle part de la turbine d'un turbocompresseur 7 dans le mode de réalisation de la figure 3, tandis qu'elle conduit directement du collecteur 1 au boîtier 12 dans le mode de réalisation 15 de la figure 4, sans turbocompresseur. Ainsi, dans ce second mode de réalisation, le collecteur 1 débouche directement dans son propre boîtier 12. Bien entendu, d'autres dispositions sont réalisables, en dehors des figures 3 et 4 sans sortir 20 du cadre de l'invention. Dans toutes ces dispositions, le boîtier d'isolation peut avantageusement présenter des moyens d'isolation qui lui sont propres, au niveau de sa paroi extérieure, pour augmenter son efficacité. Les avantages de l'invention sont nombreux. 25 Parmi ceux-ci, il faut citer la compacité du dispositif proposé, puisque la circulation des gaz s'effectue dans un volume réduit, et la limitation des pertes thermiques autour du collecteur, grâce à la couche d'isolation constituée par les gaz d'échappement encore 30 chauds, les pertes thermiques du collecteur étant récupérées par les gaz d'échappement (en aval de la 2909711 6 turbine si le moteur est turbocompressé). Enfin, l'invention permet de conserver la disposition du turbocompresseur sur le collecteur, qui présente en elle-même un meilleur bilan thermique que la 5 disposition inverse. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'échappement pour moteur à combustion, notamment turbocompressé, comprenant un collecteur d'échappement (1) et des moyens d'isolation thermique destinés à réduire les pertes de chaleur des gaz entre leur sortie des cylindres du moteur et leur arrivée dans un organe de traitement de la ligne d'échappement, caractérisé en ce que les moyens d'isolation sont intégrés dans un circuit de retour sur le collecteur (1), des gaz d'échappement issus de celui-ci. 2. Dispositif d'échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une boucle de retour (9a) vers le collecteur (1) , permettant aux gaz issus de celui-ci d'entrer en contact avec sa paroi extérieure (1a). 3. Dispositif d'échappement selon la revendication 2, caractérisé en ce que la boucle de retour (9a) part de la turbine (7) d'un turbocompresseur (2). 4. Dispositif d'échappement selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le collecteur (1) d'échappement est disposé dans un boîtier (12) traversé par les gaz d'échappement. 5. Dispositif d'échappement, selon la revendication 4, caractérisé en en ce que le boîtier (12) est relié à la turbine (7) du turbocompresseur (2). 6. Dispositif d'échappement selon l'une des revendications 1 ou 4, caractérisé en ce que le 2909711 8 collecteur (1) débouche directement dans son boîtier (13). 7 Dispositif d'échappement selon la revendication 4, 5 ou 6, caractérisé en ce que le 5 turbocompresseur (2) est placé au dessus du boîtier (12) du collecteur d'échappement (1). 8. Dispositif d'échappement selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé, en ce que le boîtier (12) présente ses propres moyens d'isolation thermique 10 vis à vis de l'extérieur.