Brevet FR2906837A1 — publié le 20080411

DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne une ligne d'échappement de gaz brûlés comprenant un pot catalytique et une sonde de température débouchant à l'intérieur du pot catalytique, le pot catalytique comportant deux enveloppes solidarisées l'une à l'autre par deux brides de fixation, l'une des deux enveloppes contenant un filtre à particules. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans la réalisation de lignes d'échappement de moteurs Diesel et de lignes d'échappement de moteurs à allumage commandé fonctionnant à faible richesse. L'invention concerne également, d'une part, les moteurs à combustion interne de type Diesel comprenant une chambre de combustion et une telle ligne d'échappement, et, d'autre part, les véhicules automobiles comprenant un tel moteur à combustion interne. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Classiquement, une ligne d'échappement de moteur à combustion interne comporte un pot catalytique qui contient au moins un filtre à particules. Elle comporte en outre un dispositif d'oxydation disposé soit directement dans le filtre à particules, soit en amont du filtre à particules, au sein même ou en dehors du pot catalytique. Ce dispositif d'oxydation, également appelé catalyseur d'oxydation, est destiné à oxyder les hydrocarbures et le monoxyde de carbone provenant de la combustion du carburant et de l'air frais dans la chambre de combustion du moteur afin d'éviter qu'ils soient rejetés dans l'atmosphère. Le filtre à particules permet quant à lui de filtrer et de stocker une part importante des particules polluantes (suies) rejetées par le moteur. À partir d'un certain taux de remplissage du filtre à particules, les gaz brûlés s'évacuent difficilement de la conduite d'échappement, ce qui engendre une surpression des gaz brûlés qui est néfaste pour le rendement du moteur. Il convient alors, au cours d'une phase de régénération du filtre à particules, d'éliminer les particules polluantes qui remplissent le filtre sans pour autant les rejeter telles quelles dans l'atmosphère, mais plutôt en les brûlant au préalable. Pour cela, on provoque une réaction exothermique au sein du catalyseur d'oxydation pour élever la température des gaz brûlés, de sorte qu'ils entrent dans 2906837 2 le filtre à particules à une température de l'ordre de 650 degrés Celsius et brûlent les particules polluantes qui remplissent le filtre. Pour piloter avec précision cette élévation de température, une sonde de température est disposée sur le pot catalytique, de manière à déboucher entre le 5 catalyseur d'oxydation et le filtre à particules. Il est en particulier avantageux de disposer cette sonde de température à proximité de l'entrée du filtre à particules afin de déterminer au mieux la température des gaz brûlés lorsqu'ils entrent dans le filtre pour brûler les particules polluantes. 10 La plupart des montages de sondes de température sont réalisés de telle sorte que le nettoyage manuel du filtre à particules nécessite au préalable le démontage de la sonde. Ce démontage est fastidieux à réaliser car il prend du temps et il est gênant puisque la sonde de température est un organe très fragile qu'une telle manipulation peut dérégler, voire endommager. 15 Le document JP 2004 263593 propose un pot catalytique de moteur à combustion interne comprenant deux enveloppes solidarisées l'une à l'autre, l'une contenant le filtre à particules et l'autre supportant la sonde de température. Dans ce document, le nettoyage manuel du filtre à particules ne nécessite pas un démontage préalable de la sonde. 20 Cependant, dans l'agencement proposé dans ce document, il est prévu un aménagement spécifique distinct des moyens de solidarisation des deux enveloppes l'une avec l'autre, permettant à la sonde de déboucher à proximité du filtre à particules. L'inconvénient principal d'un tel agencement est que la réalisation de cet 25 aménagement spécifique est coûteuse et engendre un encombrement supplémentaire. OBJET DE L'INVENTION L'invention propose une nouvelle ligne d'échappement peu coûteuse, présentant un agencement plus simple et moins encombrant. 30 A cet effet, on propose selon l'invention une ligne d'échappement de gaz brûlés d'un moteur à combustion interne comprenant un pot catalytique et une sonde de température débouchant à l'intérieur du pot catalytique, le pot catalytique comportant deux enveloppes solidarisées l'une à l'autre par deux brides de fixation, l'une des deux enveloppes contenant un filtre à particules, et la 2906837 3 bride de fixation de l'autre enveloppe servant de support de montage à ladite sonde de température. Ainsi, pour nettoyer manuellement le filtre à particules, il suffit de désolidariser les deux enveloppes puis d'extraire le filtre de l'enveloppe 5 correspondante sans procéder à une quelconque manipulation de la sonde. Cette dernière étant en effet disposée sur l'autre enveloppe ne contenant pas le filtre à particules, l'extraction du filtre à particules est donc plus aisée à réaliser et ne risque pas de provoquer de chocs particuliers sur la sonde pouvant la dérégler. D'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de la ligne 10 d'échappement selon l'invention sont les suivantes : ladite bride de fixation est percée radialement d'un alésage logeant un socle de la sonde de température ; l'autre enveloppe contient un catalyseur d'oxydation ; - ladite bride de fixation est disposée par rapport au filtre à particules de 15 manière que la sonde de température débouche entre le catalyseur d'oxydation et le filtre à particules, à proximité du filtre à particules ; la ligne d'échappement comporte un catalyseur d'oxydation auxiliaire disposé, selon la direction d'écoulement des gaz brûlés, en amont du pot catalytique ; et 20 la ligne d'échappement comporte un injecteur de carburant disposé entre le catalyseur d'oxydation auxiliaire et le pot catalytique. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN EXEMPLE DE REALISATION La description qui va suivre en regard des dessins annexés d'un mode de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi 25 consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. Dans les dessins annexés : - la figure 1 est une vue schématique d'un moteur à combustion interne comportant une ligne d'échappement selon l'invention ; et la figure 2 est une vue de détail de la zone Il de la figure 1. 30 Dans la description, les termes aval et amont sont utilisés suivant le sens de l'écoulement de l'air, depuis le point de prélèvement de l'air frais dans l'atmosphère jusqu'à sa sortie par un pot catalytique. Sur la figure 1, on a représenté un moteur à combustion interne 10 de type diesel d'un véhicule automobile (non représenté). Ce moteur à combustion 2906837 4 interne 10 comprend une chambre de combustion 11 définie par quatre cylindres 12. En amont de la chambre de combustion 11, le moteur à combustion interne 10 comprend une ligne d'admission 20 d'air frais. Cette ligne d'admission 5 20 prélève l'air frais directement dans l'atmosphère et le filtre au moyen d'un filtre à air 21. Elle s'étend jusqu'à un répartiteur d'air 22 qui débouche sur quatre canaux d'admission 23 chacun raccordés à l'un des cylindres 12 de la chambre de combustion 11. La ligne d'admission 20 comporte en outre un compresseur 31 d'un 10 turbocompresseur 30 qui comprime l'air frais filtré par le filtre à air 21 pour l'injecter sous pression dans le répartiteur d'air 22. En aval de la chambre de combustion 11, le moteur à combustion interne 10 comporte une ligne d'échappement 40 de gaz brûlés s'étendant depuis un collecteur d'échappement 41, relié par quatre canaux d'échappement 42 à chacun 15 des cylindres 12 de la chambre de combustion 11, jusqu'au pot catalytique 45. La ligne d'échappement 40 comporte en outre un catalyseur d'oxydation auxiliaire 44 qui est disposé en amont du pot catalytique 45 et qui oxyde en partie les gaz brûlés sortant de la chambre de combustion, de manière à ce qu'ils soient traités plus facilement et plus rapidement par le pot catalytique 45. 20 La ligne d'échappement 40 comprend de plus, en amont du catalyseur d'oxydation auxiliaire 44, une turbine 32 qui est entraînée par le flux de gaz brûlés et qui actionne le compresseur 31. Le moteur à combustion interne 10 comprend également une ligne de recirculation 60 des gaz brûlés qui prend naissance dans la ligne d'échappement 25 40, entre le collecteur d'échappement 41 et la turbine 32, et qui débouche dans la ligne d'admission 20, entre le compresseur 31 et le répartiteur d'air 22. La ligne de recirculation 60 comporte, à sa jonction avec la ligne d'admission 20, une vanne 61 permettant de réguler le débit des gaz brûlés réinjectés dans la chambre de combustion 11 du moteur à combustion interne 10. Cette ligne de recirculation 60 30 permet de diminuer le volume des émissions polluantes rejetées par le moteur à combustion interne 10. L'invention concerne ici plus spécifiquement la ligne d'échappement 40 et son pot catalytique 45. 2906837 5 Comme le montrent les figures 1 et 2, le pot catalytique 45 présente une forme de cylindre constitué par deux enveloppes 48, 49 tubulaires mises bout à bout. La première de ces enveloppes 48, celle située du côté amont de la ligne d'échappement 40, renferme intérieurement un catalyseur d'oxydation 46 tandis 5 que la deuxième de ces enveloppes 49, celle située du côté aval de la ligne d'échappement 40, renferme intérieurement un filtre à particules 47. Les première et deuxième enveloppes 48, 49 comportent des extrémités en regard qui sont bordées par des première et deuxième brides de fixation 48A, 49A en forme de couronne. Ces première et deuxième brides de fixation 48A, 49A 10 permettent la solidarisation des deux enveloppes 48, 49 l'une à l'autre. Pour cela, elles sont appliquées l'une contre l'autre et elles comportent une pluralité d'alésages axiaux 48B, 49B en vis-à-vis, répartis régulièrement le long de leur contour, qui sont traversés par des dispositifs 43 de type vis écrou pour maintenir solidement en position les deux enveloppes 48, 49 l'une par rapport à l'autre. 15 Comme le montre plus particulièrement la figure 2, le filtre à particules 47 est disposé dans la deuxième enveloppe 49 de sorte que son entrée 47A est située au pendant de la deuxième bride de fixation 49A, affleurant ainsi l'extrémité correspondante de la deuxième enveloppe 49. En revanche, le catalyseur d'oxydation 46 est disposé dans la première enveloppe 48 de sorte que sa sortie 20 46A est située en retrait de la première bride de fixation 48A. Les positions relatives du catalyseur d'oxydation 46 et du filtre à particules 47 définissent ainsi un espace libre 80 que traversent les gaz brûlés sortant du catalyseur d'oxydation 46 et entrant dans le filtre à particules 47. Le catalyseur d'oxydation 46 est en particulier adapté à oxyder les 25 hydrocarbures HC et le monoxyde de carbone CO contenus dans les gaz brûlés circulant dans la ligne d'échappement 40. Le filtre à particules 47 est quant à lui adapté à filtrer et à stocker les particules polluantes (également appelées suies) produites par la combustion de carburant et d'air frais dans la chambre de combustion 11, de manière à éviter 30 qu'elles soient rejetées dans l'atmosphère. Ce filtre doit être régulièrement régénéré afin de ne pas être obstrué par une trop grande quantité des particules polluantes. 2906837 6 Le filtre à particules 47 peut éventuellement être revêtu intérieurement d'un matériau catalytique, tel que le platine, adapté à oxyder les hydrocarbures HC et le monoxyde de carbone CO contenus dans les gaz brûlés. Comme le montre la figure 1, le moteur à combustion interne 10 5 comporte par ailleurs un dispositif de régénération du filtre à particules 47. Ce dispositif comporte en particulier des moyens d'injection 50 de carburant permettant d'introduire du carburant directement dans la ligne d'échappement 40. Ces moyens d'injection 50 comportent de manière connue un réservoir de carburant 51 raccordé à une pompe 52 qui prélève du carburant dans ce 10 réservoir pour l'amener sous pression jusque dans un injecteur de carburant 53. Ce dernier débouche dans la ligne d'échappement 40, entre le catalyseur d'oxydation auxiliaire 44 et le pot catalytique 45. L'injecteur 53 permet d'envoyer la quantité de carburant désirée dans cette conduite, au moment voulu. A cet effet, l'ouverture et la fermeture de l'injecteur de carburant 53 est commandée par des 15 moyens de pilotage électroniques 70 du moteur à combustion interne 10. Les moyens de pilotage électroniques 70 du moteur à combustion interne 10 sont en outre reliés à deux capteurs de pression 71, 74 adaptés à mesurer la différence de pressions entre l'entrée et la sortie du pot catalytique 45. Cette différence de pression est fonction du taux de remplissage du filtre à 20 particules 47 par les particules polluantes. Les capteurs de pression 71, 74 permettent donc de déterminer le taux d'encrassement de ce filtre. Lorsque ce taux dépasse une valeur seuil prédéterminée, les moyens de pilotage électroniques 70 du moteur lancent une étape de régénération du filtre en injectant du carburant dans la ligne d'échappement 40 au moyen de l'injecteur de 25 carburant 53. Cette injection entraîne une réaction chimique très exothermique au sein du catalyseur d'oxydation 46, ce qui augmente la température des gaz brûlés en entrée du filtre à particules 47. Ces gaz brûlent alors les particules polluantes stockées dans le filtre à particules et les rejètent dans l'atmosphère. Afin de piloter précisément le débit de carburant injecté lors de ces 30 phases de régénération pour maintenir la température des gaz brûlés à environ 650 degrés Celsius, les moyens de pilotage 70 sont également reliés à des sondes de température 72, 75. La première de ces sondes 72 est disposée entre l'injecteur de carburant 53 et le pot catalytique 45, alors que l'autre sonde de 2906837 7 température 75 débouche à l'intérieur du pot catalytique 45, dans l'espace libre 80. Ces sondes de température 72, 75 fournissent en continu aux moyens de pilotage 70 deux signaux représentatifs de la température des gaz brûlés. L'un 5 est représentatif de la température de ces gaz avant qu'ils n'entrent dans le pot catalytique 45, et l'autre est représentatif de la température de ces gaz lorsque ces derniers ont été traités par le catalyseur d'oxydation. Les moyens de pilotage peuvent ainsi piloter la quantité de carburant injecté par l'injecteur de carburant 53 en fonction de ces températures mesurées, de manière que les gaz brûlés 10 présentent la température voulue. Comme le montre plus précisément la figure 2, la sonde de température 75, qui nous intéresse plus particulièrement, comporte ici un socle 76 cylindrique à une extrémité duquel s'étend une tige formant une extrémité de mesure 77. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, la 15 première bride de fixation 48A sert de support de montage à la sonde de température 75. A cet effet, la première bride de fixation 48A est percée radialement d'un alésage 48C traversant. Cet alésage radial 48C présente deux parties de diamètres distincts, dont une partie extérieure de diamètre égal, au jeu près, au diamètre du socle 76 de la sonde de température 75 et une partie 20 intérieure de diamètre égal, au jeu près, au diamètre de l'extrémité de mesure 77 de la sonde. La sonde de température 75 est logée dans cet alésage radial 48C de sorte que son extrémité de mesure 77 débouche à l'intérieur du pot catalytique 45, dans l'espace libre 80, entre la sortie 46A du catalyseur d'oxydation 46 et l'entrée 25 47A du filtre à particules 47. Du fait du positionnement du filtre à particules 47 au droit de la bride de fixation 49A de la deuxième enveloppe 49 et du positionnement du catalyseur d'oxydation 46 en retrait de la première bride de fixation 48A de la première enveloppe 48, l'extrémité de mesure 77 de la sonde de température 75 est décalée du côté de l'entrée 47A du filtre à particules 47. 30 La proximité de l'extrémité de mesure 77 de la sonde de température 75 et de l'entrée 47A du filtre à particules 47 permet aux moyens de pilotage électroniques 70 de déterminer avec précision la température des gaz brûlés lorsqu'ils entrent dans le filtre à particules 47. Ces moyens de pilotage peuvent alors moduler le débit de carburant injecté dans la ligne d'échappement 40 de 2906837 8 sorte que la température des gaz brûlés traversant le filtre à particules reste précisément à la température désirée. Avantageusement, le positionnement de la sonde de température 75 dans la première enveloppe 48 du pot catalytique 45 permet, lors d'opérations de 5 maintenance, de pouvoir monter et démonter le filtre à particules 47 de la deuxième enveloppe 49 du pot catalytique 45 sans toucher à la sonde de température 75. Ainsi, ces opérations sont plus aisées à réaliser et ne risquent pas d'engendrer un déréglage éventuel de ladite sonde. La présente invention n'est nullement limitée au mode de réalisation 10 décrit et représenté, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit. REVENDICATIONS 1. Ligne d'échappement (40) de gaz brûlés d'un moteur à combustion interne (10) comprenant un pot catalytique (45) et une sonde de température (75) débouchant à l'intérieur du pot catalytique (45), le pot catalytique (45) comportant deux enveloppes (48, 49) solidarisées l'une à l'autre par deux brides de fixation (48A, 49A), l'une des deux enveloppes (49) contenant un filtre à particules (47), caractérisée en ce que la bride de fixation (48A) de l'autre enveloppe (48) sert de support de montage à ladite sonde de température (75). 2. Ligne d'échappement (40) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que ladite bride de fixation (48A) est percée radialement d'un alésage (48C) logeant un socle (76) de la sonde de température (75). 3. Ligne d'échappement (40) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'autre enveloppe (48) contient un catalyseur d'oxydation (46). 4. Ligne d'échappement (40) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que ladite bride de fixation (48A) est disposée par rapport au filtre à particules (47) de manière que la sonde de température (75) débouche entre le catalyseur d'oxydation (46) et le filtre à particules (47), à proximité du filtre à particules (47). 5. Ligne d'échappement (40) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte un catalyseur d'oxydation auxiliaire (44) disposé, selon la direction d'écoulement des gaz brûlés, en amont du pot catalytique (45). 6. Ligne d'échappement (40) selon la revendication précédente, 25 caractérisée en ce qu'elle comporte un injecteur de carburant (53) disposé entre le catalyseur d'oxydation auxiliaire (44) et le pot catalytique (45). 7. Moteur à combustion interne (10) de type Diesel comprenant une chambre de combustion (11) débouchant sur une ligne d'échappement (40) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 30 8. Véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne (10) selon la revendication précédente.