Brevet FR2902825A1 — publié le 20071228

LIGNE D'ECHAPPEMENT POUR MOTEURS A ALLUMAGE COMMANDE [0001] La présente invention concerne une ligne d'échappement pour un moteur à allumage commandé. [0002] L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des moteurs à allumage commandé, ou moteurs à essence, fonctionnant en mélange pauvre. [0003] On sait, d'une manière très générale, que les moteurs à allumage commandé fonctionnent habituellement en faisant réagir ensemble dans la chambre de combustion un mélange d'air et d'essence dans un rapport dit stoechiométrique. Si le rapport air/essence est supérieur à la io stoechiométrie, on dit que le mélange est pauvre , s'il est inférieur à la stoechiométrie, on parle alors de mélange riche . [0004] Certains moteurs fonctionnent en utilisant aussi souvent que possible un mélange pauvre. Toutefois, il n'est pas possible d'utiliser un mélange pauvre sur toute la plage de fonctionnement du moteur. En effet, 15 au-delà d'un certain régime ou d'un certain couple, il est nécessaire de se placer à une richesse égale à 1, c'est-à-dire dans les conditions stoechiométriques. [0005] Lorsque le moteur fonctionne en mélange pauvre, les gaz d'échappement sont relativement froids par rapport à un moteur classique. 20 [0006] Lorsque le moteur fonctionne à richesse 1, la température des gaz d'échappement est du même ordre de grandeur que sur un moteur classique. Cependant, plus le régime ou le couple est élevé, plus ces gaz sont chauds. [0007] Le post-traitement d'une motorisation de ce type est réalisé au 25 moyen d'un précatalyseur trois voies, qui est un catalyseur classique, et d'un deuxième catalyseur ayant une fonction supplémentaire de piégeage des oxydes d'azote, appelés collectivement NOx. En effet, les catalyseurs trois voies ne sont efficaces qu'autour de la richesse 1, c'est à dire à la stoechiométrie. Par contre, en mélange pauvre, les oxydes d'azote NOx qui sont émis par le moteur ne sont pas traités par le précatalyseur. [0008] Le principe du piège à NOx consiste à stocker les oxydes d'azote lorsque le moteur est en mélange pauvre et à les traiter par une réaction chimique de réduction par l'oxyde de carbone CO ou les hydrocarbures lorsque le moteur est en mélange riche. [0009] Un piège à oxydes d'azote est soumis à un certain nombre de difficultés parmi lesquelles on peut citer la plage de température utilisable en stockage et la résistance thermique. io [0010] Le stockage / déstockage des NOx ne peut pas se faire à températures trop froides, ce qui oblige à placer le piège dans une position relativement proche de la sortie moteur, sinon les gaz arrivent trop froids dans le piège dont l'efficacité devient alors nulle. [0011] D'autre part, la résistance thermique de la fonction de stockage is est réduite et limitée à une valeur plus basse que pour un catalyseur classique. Ceci a pour conséquence de devoir éloigner le piège à oxydes d'azote de la sortie moteur ou d'utiliser des stratégies de protection thermique qui ont en général pour effet de dégrader la consommation. [0012] Il y a donc contradiction entre la position souhaitée pour un 20 fonctionnement optimal et la position souhaitée pour une protection efficace à moindre coût de consommation. [0013] Dans une ligne d'échappement classique comprenant en série un précatalyseur, un piège à oxydes d'azote, un silencieux intermédiaire et un pot de détente, une solution existante pour lever cette contradiction 25 consiste à placer une vanne entre le précatalyseur et le piège à NOx, cette vanne permettant, soit de contourner le piège lorsque la richesse de 1, soit de faire passer les gaz d'échappement dans un échangeur avant qu'ils ne traversent le piège à NOx lorsque le mélange est pauvre. [0014] L'inconvénient de cette solution est qu'elle nécessite une grande 30 résistance thermique de la vanne, ce qui a un coût non négligeable. [0015] Aussi, le problème technique à résoudre par l'objet de la présente invention est de proposer une ligne d'échappement pour un moteur à allumage commandé, comprenant un piège à oxydes d'azote, un silencieux intermédiaire et un pot de détente, qui permettrait d'assurer un fonctionnement satisfaisant du piège à oxydes d'azote sans soulever de difficultés concernant la résistance thermique le long de la ligne d'échappement. [0016] La solution au problème technique posé consiste, selon la présente invention, en ce que ledit silencieux intermédiaire est placé sur une branche de dérivation disposée en parallèle dudit piège à oxydes d'azote, une vanne trois voies ou un autre système de répartitiion du débit étant apte à raccorder le piège à oxydes d'azote et/ou le silencieux io intermédiaire audit pot de détente. [0017] Ainsi, la vanne trois voies peut-elle être placée dans une position suffisamment éloignée du moteur, donc à l'abri de fortes contraintes thermiques, avec l'avantage supplémentaire d'en limiter le coût. [0018] La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à 15 titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. [0019] La figure 1 est un schéma d'une ligne d'échappement conforme à l'invention. [0020] Sur la figure 1 est représentée une ligne d'échappement 20 comprenant, de manière classique : - un précatalyseur 1 trois voies TWC pour Three Way Catalysor , disposé en position proche du collecteur d'échappement du moteur ; - un découpleur 2 qui permet d'éviter de créer un ensemble 25 complètement rigide depuis le moteur jusqu'à la sortie de la ligne d'échappement ; - un piège 3 à NOx, désigné LNT pour Lean NOx Trap ; - un silencieux intermédiaire 4 ; - un pot 5 de détente. 30 [0021] On peut voir sur la figure 1 qu'une branche de dérivation, ou branche by-pass, est disposée en parallèle dudit piège 3 à oxydes d'azote et sur laquelle est placée le silencieux intermédiaire 4. Ladite branche de dérivation et la branche contenant le piège 3 à Nox, ou branche PAN (Piège A Azote), se séparent à la sortie 6 du découpleur 2, en amont du piège 3, et se rejoignent au niveau d'une vanne 7 trois voies permettant de générer un passage des gaz dans l'une ou l'autre des deux branches ou les deux. En d'autres termes, la vanne 7 trois voies est apte à raccorder le piège 7 à oxydes d'azote et/ou le silencieux intermédiaire 4 au pot 5 de détente. [0022] Si la vanne 7 ferme le raccordement avec la branche de dérivation, ou branche by-pass, contenant le silencieux secondaire 4, les gaz ne passeront que dans la branche PAN contenant le piège 3 à oxydes io d'azote, ce dernier étant alors utilisé avec le maximum d'efficacité. [0023] Si la vanne 7 ferme le raccordement avec la branche PAN contenant le piège 3 à oxydes d'azote, les gaz ne passeront que dans la branche by-pass contenant le silencieux intermédiaire 4 et ne passeront plus dans le piège 3 à NOx. Dans le cas des hautes températures, c'est par 15 cette branche que devront passer les gaz afin de ne pas endommager le piège 3 à NOx à cause de températures trop élevées. [0024] La vanne 7 peut également adopter une position intermédiaire faisant ainsi passer les gaz dans les 2 branches de la ligne. [0025] Il est avantageux de placer le silencieux intermédiaire 4 au moins 20 dans la branche de dérivation by-pass du piège 3, car, d'une part, il est nécessaire pour la réalisation des mêmes performances moteur que sur la ligne classique, et, d'autre part, c'est lorsque l'on dérive le piège 3, donc à haut régime, qu'il est le plus utile. [0026] On peut constater sur la figure 1 que la vanne 7 peut être placée 25 relativement loin de la sortie moteur, ce qui présente l'avantage qu'elle est nettement moins soumise à des contraintes thermiques que lorsqu'elle est placée en amont du piège 3 à NOx, comme dans l'état de la technique. Dans cette position, les contraintes thermiques sont très réduites comparativement à une vanne en amont et le coût d'une telle vanne est 30 d'autant plus réduit. [0027] La vanne 7 peut être commandée pneumatiquement ou électriquement. REVENDICATIONS 1. Ligne d'échappement pour un moteur à allumage commandé, comprenant un piège (3) à oxydes d'azote, un silencieux intermédiaire (4) et un (5) pot de détente, caractérisée en ce que ledit silencieux intermédiaire (4) est placé sur une branche de dérivation disposée en parallèle dudit piège (3) à oxydes d'azote, une vanne (7) trois voies étant apte à raccorder le piège (3) à oxydes io d'azote et/ou le silencieux intermédiaire (4) audit pot (5) de détente. 2. Ligne d'échappement selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite vanne (7) trois voies est commandée électriquement. 3. Ligne d'échappement selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite vanne (7) trois voies est commandée pneumatiquement. 15 4. Application de la ligne d'échappement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 à un moteur à combustion interne fonctionnant en mélange pauvre. 20