Brevet FR2922260A1 — publié le 20090417

�LIGNE D'ECHAPPEMENT D'UN VEHICULE AUTOMOBILE AVEC SEPARATION DES GAZ D'ECHAPPEMENT EN PLUSIEURS FLUX� La présente invention concerne d'une façon générale le domaine de l'échappement des gaz de combustion d'un moteur thermique et, de façon plus particulière, le domaine de l'échappement utilisant des éléments de dépollution comme un catalyseur ou un filtre à particules avec une injection dans la ligne d'échappement d'un additif approprié pour le fonctionnement de ces éléments, par exemple, pour leur nettoyage. Les normes concernant la pollution des véhicules automobiles deviennent de plus en plus sévères. Cela pousse les constructeurs automobiles à trouver des solutions techniques pour répondre à ces contraintes. L'utilisation de catalyseur et de filtre à particules s'est donc généralisée. Il convient cependant de nettoyer régulièrement ces éléments qui peuvent s'encrasser du fait de l'accumulation de particules sur ceux-ci. Pour effectuer ce nettoyage, il est connu d'injecter un additif sur le catalyseur d'oxydation situé en amont du système de filtration de manière à augmenter comme pour une combustion la température des gaz d'échappement. Un niveau élevé de température est en effet nécessaire pour oxyder et brûler les particules charbonneuses ou de suie produites par le moteur et retenues sur ce système de filtration afin d'éviter leur accumulation et l'encrassement de celui-ci. Cette opération est appelée phase de régénération du système de filtration. En général, cette injection doit se faire le plus en amont possible du catalyseur dans la ligne d'échappement. L'additif est préférentiellement de l'essence, du gazole mais peut être aussi un autre carburant ou 35 réactif. Comme illustration d'un dispositif d'injection d'un additif, il est connu un dispositif de vaporisation de gazole qui est positionné en amont d'un catalyseur d'une ligne d'échappement. Ce dispositif d'injection comprend essentiellement un tube d'entrée de gazole en provenance, par exemple, de la réserve de gazole et débouchant sur le corps de ce dispositif où s'effectue la vaporisation du gazole, une sortie de vaporisation gazole étant prévue latéralement sur ce dispositif pour l'alimentation dans la ligne d'échappement du catalyseur en vapeur de gazole. Par ailleurs, il est fréquent que la ligne d'échappement comprenne sensiblement dans la même position, c'est-à-dire en amont du catalyseur, des sondes de contrôle pour le système de contrôle du moteur et/ou des divers éléments d'antipollution de cette ligne. Une telle sonde peut être, par exemple et non exclusivement, une sonde oxygène. Les contraintes thermiques de la sonde, par exemple sa sensibilité à la chaleur au niveau des connecteurs et les architectures moteurs de plus en plus complexes restreignent ses possibilités d'implantation. Ainsi, dans de nombreux cas, seul un positionnement à proximité du catalyseur et en amont de celui-ci est possible. Ces différentes contraintes amènent donc souvent à une configuration où la sonde se trouve en aval du dispositif d'injection d'additif. Il est aussi fréquent qu'une telle sonde de contrôle soit sensible à l'additif injecté en amont et puisse être polluée par celui-ci. Par exemple, pour une sonde oxygène, celle-ci est sensible à la présence d'hydrocarbures et la présence de molécules de carburant peut avoir des conséquences néfastes, voire irréversibles, sur son fonctionnement. De ce fait, de nombreux systèmes connus présentant une injection de carburant dans l'échappement, notamment une injection de carburant liquide en amont du turbocompresseur ou dans la culasse en sortie de soupape d'échappement, ne possèdent pas de sonde oxygène placée entre le catalyseur et le dispositif d'injection de carburant. La sonde est éventuellement placée en aval du catalyseur. Dans ce cas, les molécules de carburants sont détruites par la combustion dans le catalyseur avant de risquer de venir polluer la sonde oxygène. Cela limite cependant l'utilisation de telles sondes de contrôle et peut fausser la précision de leur mesure. D'autres types de moteurs connus ne possèdent pas de sonde oxygène du fait du risque de dégradation de cette sonde. Le document JP-A-2004257261 décrit une ligne d'échappement pouvant éviter l'endommagement d'une sonde en empêchant la condensation d'humidité des gaz d'échappement sur cette sonde, cela en prévoyant une plaque de séparation ou un tube formant deux passages superposés, la sonde étant placée après ou dans le passage supérieur et la plaque ou le tube étant muni d'évidements pour le passage de l'eau condensée tombant par gravité dans le passage inférieur. Ce document n'évoque pas du tout le problème de l'injection d'un additif pouvant polluer une sonde, l'injection se faisant en amont de celle-ci mais est seulement relatif au problème engendré par la présence d'humidité dans les gaz d'échappement. Cette solution ne concerne pas le problème relatif à la présence de molécules d'additif potentiellement dangereuses pour la sonde, celles-ci ne pouvant pas être séparées du flux de gaz par une simple décantation par gravité. Enfin, le dispositif selon le document cité n'évite pas une présence résiduelle d'humidité condensée dans le flux acheminé à la sonde mais effectue seulement une réduction de cette humidité, ce qui dans le cas d'un additif incompatible avec une sonde, n'est pas applicable car les molécules de l'additif injecté doivent être totalement absentes et pas seulement diminuées du flux amené à la sonde pour éviter son endommagement. La présente invention a pour but de protéger une sonde de contrôle, disposée dans une ligne d'échappement comprenant, en outre, un dispositif d'injection d'un additif dans cette ligne, contre une pollution ou une variation des paramètres de fonctionnement de cette sonde engendrée par l'additif injecté, lorsque l'injection de cet additif dans le flux des gaz d'échappement est réalisée en amont de la sonde, en assurant une absence complète de l'additif injecté dans le flux des gaz acheminé à la sonde de contrôle. A cet effet, l'invention a pour objet une ligne d'échappement comprenant un catalyseur, un filtre à particules, un dispositif d'injection d'un additif dans cette ligne, placé en amont du catalyseur et au moins une sonde de contrôle, placée en d'injection selon le sens d'échappement, caractérisée en d'échappement est séparé en au aval de ce dispositif d'écoulement des gaz ce que le flux de gaz moins deux passages de flux, la sonde de contrôle étant placée dans un passage de flux de gaz d'échappement isolé complètement du passage du flux de gaz contenant le dispositif d'injection. Selon d'autres caractéristiques additionnelles de 25 la présente invention : - les passages se rejoignent après la sonde de contrôle dans le sens de l'échappement des gaz, - les passages présentent des éléments ou des formes créant des turbulences avant leur jonction afin de 30 favoriser le mélange des deux flux de gaz, - la ligne d'échappement comprend au moins une plaque de séparation interne réalisant la séparation entre deux passages, - la ligne d'échappement comprend au moins un tuyau 35 interne formant un passage, séparé du second passage formé par la ligne d'échappement, en s'étendant parallèlement à celle-ci, - des pattes de support sont disposées entre la surface interne de la ligne d'échappement et le tuyau interne, - la ligne d'échappement présente au moins une excroissance externe sur une partie de la longueur de sa surface externe, cette excroissance réalisant un premier passage séparé du second passage formé par la ligne d'échappement, - la ligne d'échappement présente au moins un tuyau secondaire sur une partie de la longueur de sa surface externe, ce tuyau secondaire réalisant un premier passage séparé du second passage formé par la ligne d'échappement, - la ligne d'échappement comprend au moins un troisième passage, ce passage ou ces passages additionnels étant réalisés par une plaque de séparation, un tuyau interne, une excroissance externe ou un tuyau secondaire, chaque passage comprenant avantageusement une sonde de contrôle additionnelle ou un autre dispositif d'injection d'un additif, - une sonde disposée dans cette ligne est une sonde oxygène, - l'additif est destiné à la régénération du filtre à particules, - l'additif injecté est du carburant, notamment du gazole dans le cas d'un moteur Diesel. L'invention concerne aussi un moteur à essence ou Diesel, caractérisé en ce qu'il comprend une telle ligne 30 d'échappement. L'invention concerne aussi un procédé de protection d'une sonde de contrôle disposée dans une ligne d'échappement après un dispositif d'injection d'un 35 additif pouvant polluer ou perturber le fonctionnement de cette sonde dans la ligne, caractérisé par les étapes suivantes . -création d'un premier passage de flux de gaz d'échappement dans lequel est placée la sonde de contrôle, - création d'un second passage de flux de gaz en 5 parallèle avec le premier passage dans lequel est placé le dispositif d'injection, - isolation complète des deux passages l'un par rapport à l'autre, et - jonction des deux passages après que chaque 10 passage a traversé respectivement la sonde ou le dispositif d'injection. L'invention va maintenant être décrite plus en détail mais de façon non limitative en regard des figures 15 annexées, dans lesquelles : - la figure 1 est une représentation schématique d'une partie d'une ligne d'échappement d'un véhicule automobile avec un dispositif d'injection de carburant, une sonde oxygène et un catalyseur, selon l'état de la 20 technique, - la figure 2 est une représentation schématique en perspective d'un premier mode de réalisation de l'invention avec une ligne d'échappement possédant une séparation interne créant deux conduits, 25 -la figure 3 est une représentation schématique en perspective du premier mode de réalisation de l'invention avec la ligne d'échappement coupée en deux, afin de mieux montrer la séparation interne, - la figure 4 est une représentation schématique en 30 perspective d'un second mode de réalisation de l'invention avec une ligne d'échappement possédant un tuyau interne afin de créer deux conduits, - la figure 5 est une représentation schématique en perspective du second mode de réalisation de l'invention 35 avec la ligne d'échappement coupée en deux afin de mieux montrer le tuyau interne, - la figure 6 est une représentation schématique en perspective d'un troisième mode de réalisation de l'invention avec une ligne d'échappement possédant une excroissance sur une partie de la longueur de sa surface externe afin de créer deux conduits, - la figure 7 est une représentation schématique en perspective d'un quatrième mode de réalisation de l'invention avec la ligne d'échappement présentant sur une certaine longueur un tube de déviation. La figure 1 montre une partie de la ligne d'échappement L en amont d'un catalyseur 1 avec un flux de gaz d'échappement s'écoulant selon la flèche E. Un dispositif d'injection 2 d'additif permettant une élévation de température des gaz lors de leur passage dans le catalyseur 1, est prévu en amont de ce catalyseur 1. Une sonde 3 de contrôle est disposée entre ce dispositif d'injection 2 et le catalyseur 1. Dans cette ligne d'échappement, conformément à l'état de la technique, les molécules d'additif injecté sont entraînées par le flux des gaz d'échappement et se déplacent vers la sonde de contrôle en se projetant sur elle au risque de la polluer et même de la détruire. Il se peut aussi que la présence de cet additif fasse varier des paramètres de la sonde de manière intempestive et fausser le fonctionnement de la sonde de contrôle. Cette pollution ou ce dérèglement de la sonde doit être évitée. Comme lors de l'injection, l'additif peut être liquide ou à l'état de gaz, la solution proposée doit pouvoir être adaptée à tout moyen d'injection de l'additif dans la ligne d'échappement. L'idée à la base de la présente invention est de créer deux flux de gaz d'échappement : un premier flux pour la sonde de contrôle et un second flux pour créer le mélange gaz d'échappement avec l'additif injecté. Ainsi pour une ligne d'échappement comprenant un catalyseur, un filtre à particules, un dispositif d'injection d'un additif pour la régénération du filtre à particules, placé en amont du catalyseur et au moins une sonde de contrôle, placée après ce dispositif d'injection, pour vérifier le bon fonctionnement du moteur et/ou des éléments de la ligne d'échappement, la présente invention propose que le flux de gaz d'échappement soit complètement séparé en au moins deux passages de flux, au moins une sonde de contrôle étant placée dans un passage de flux isolé du passage du flux de gaz contenant le dispositif d'injection. L'additif injecté peut être du carburant, par exemple du gazole pour le cas d'un moteur Diesel et la sonde de contrôle peut être une sonde oxygène pour le contrôle moteur. Ceci n'a cependant pas un caractère limitatif et l'additif injecté peut être de tout type permettant une élévation de température des gaz dans le catalyseur, et la sonde une sonde de contrôle de fonctionnement moteur ou de fonctionnement des éléments disposés sur la ligne d'échappement. On pourra citer, entre autres, une sonde de température des gaz d'échappement, une sonde de contrôle moteur pour la régulation du coefficient lambda, sans que cela soit limitatif. L'additif pourrait également permettre d'avoir une action sur les produits contenu dans les gaz d'échappement, de modifier des paramètres au niveau du catalyseur ou du filtre) Avantageusement, les passages se rejoignent après la sonde de contrôle. Préférentiellement, les passages présentent des éléments ou des formes créant des turbulences avant la jonction des passages afin de favoriser le mélange des deux flux de gaz. Les figures 2 et 3 sont des représentations schématiques en perspective d'un premier mode de réalisation de l'invention avec une ligne d'échappement possédant une séparation interne créant deux conduits, cette ligne étant montrée coupée en deux à la figure 3 afin de mieux montrer la séparation interne. Dans ce premier mode de réalisation, la ligne d'échappement L comprend au moins une plaque de séparation 4 interne réalisant la séparation entre deux passages, un passage p2 contenant le dispositif d'injection 2 d'additif et un passage p3 contenant la sonde 3 de contrôle. La plaque de séparation 4 s'étend longitudinalement à la ligne d'échappement L et présente une extrémité amont, dans le sens de l'écoulement des gaz d'échappement montré par la flèche E à la figure 3, disposée en amont du dispositif d'injection 2 et une extrémité aval disposée en aval de la sonde 3 de contrôle afin de s'étendre sur une distance plus grande que celle séparant le dispositif d'injection 2 de la sonde 3, mais dans certaines circonstances, il n'y a pas d'intérêt à ce que la longueur de la plaque de séparation 4 soit beaucoup plus grande que cette distance. Au contraire, il convient de procéder au mélange des deux flux le plus en amont possible du catalyseur afin de garantir un flux de gaz d'échappement homogène à l'entrée de ce catalyseur, ce qui est aussi valable pour les autres modes de réalisation de l'invention. Les côtés longitudinaux de cette plaque de séparation 4 s'appuient contre la partie respective de la surface interne de la ligne d'échappement L afin de garantir une séparation complète entre les deux passages p2 et p3. Comme indiqué précédemment, l'extrémité en aval de la plaque 4 peut posséder des éléments ou des formes particulières afin de garantir un mélange des deux flux de gaz à la fin de la plaque de séparation 4 interne. Les figures 4 et 5 sont des représentations schématiques en perspective d'un second mode de réalisation de l'invention avec une ligne d'échappement L possédant un tuyau interne 5 afin de créer deux conduits p2' et p3', la figure 5 présentant la ligne d'échappement L coupée en deux pour mieux montrer le tuyau interne 5. Selon ce second mode de réalisation, la ligne d'échappement L comprend au moins un tuyau interne 5 et celui-ci s'étend parallèlement à la ligne L. Avantageusement, des pattes de support 6 sont disposées entre la surface périphérique interne de la ligne d'échappement L et le tuyau interne 5. Le tuyau interne 5 de diamètre inférieur est la ligne d'échappement L et est inséré dans celle-ci afin de créer 2 passages p2' et p3'. A la figure 5, c'est le dispositif d'injection 2 qui est disposé dans le passage p2' de la ligne d'échappement L, la sonde de contrôle 3 étant disposée dans le passage p3' du tuyau interne 5. Ce tuyau interne 5 est de longueur sensiblement égale à celle de la plaque de séparation 4 du premier mode de réalisation pour une même distance entre dispositif d'injection et sonde. Son positionnement par rapport au dispositif d'injection 2 et à la sonde 3 de contrôle est aussi le même que celui de cette plaque 4. Il comprend aussi à son extrémité aval, des moyens de création de turbulences. La figure 6 est une représentation schématique en perspective d'un troisième mode de réalisation de l'invention. Dans ce troisième mode de réalisation de l'invention, la ligne d'échappement L présente une excroissance 7 externe sur une partie de la longueur de sa surface externe, cette excroissance 7 réalisant un passage p2" séparé de la ligne d'échappement L formant l'autre passage. Cette excroissance 7, sous forme d'un corps creux pour ménager un passage p2" interne de flux de gaz d'échappement, est accolée à la ligne d'échappement L en venant se connecter à deux ouvertures 7am et 7av dans cette ligne L, délimitant ainsi la longueur du passage p2" déviant une partie des gaz. Sur la figure 6, c'est le dispositif d'injection 2 qui est disposé sur ce passage p2" dans l'excroissance, alors que la sonde 3 est positionnée dans la ligne d'échappement L proprement dite mais le contraire peut aussi être possible. L'ouverture aval 7av, c'est-à-dire celle par laquelle le flux des gaz déviés retourne dans la ligne d'échappement L où le flux de gaz s'écoule selon la flèche E, peut présenter sur ses contours ou à proximité des éléments ou des formes particulières créant des perturbations aérodynamiques du flux des gaz. La figure 7 est une représentation schématique en perspective d'un quatrième mode de réalisation de l'invention avec la ligne d'échappement L présentant sur une certaine longueur un tuyau de déviation 8. Dans ce quatrième mode de réalisation, la ligne d'échappement L présente au moins un tuyau de déviation 8 sur une partie de la longueur de sa surface externe, ce tuyau 8 réalisant un passage séparé p2"' de la ligne d'échappement L, formant, elle, l'autre passage. A cette figure, c'est le dispositif d'injection 2 qui est disposé dans le passage séparé p2"' du tuyau de déviation 8, la sonde 3 étant disposée dans la ligne d'échappement L proprement dite, mais le contraire est aussi possible. Dans une variante de ce quatrième mode de réalisation, le tuyau de déviation 8 peut prendre les gaz d'échappement en amont d'un turbocompresseur et les remettre dans le flux principal en aval. Comme dans les autres modes de réalisation de l'invention, l'extrémité aval du tuyau de déviation peut présenter des éléments ou des formes particulières créant des perturbations aérodynamiques du flux des gaz à son entrée dans le tuyau principal formant la ligne d'échappement L ou à proximité de cette extrémité. Ces éléments de perturbation aérodynamique peuvent aussi être positionnés directement dans la ligne d'échappement, à proximité de l'arrivée du tuyau de déviation. Le positionnement de la sonde ou du dispositif d'injection qui a été montré aux figures n'est pas limitatif et un positionnement inverse de ces deux éléments peut très bien être adopté pour tous les modes de réalisation de l'invention décrits ci-dessus. Il convient aussi de préciser que la disposition à deux passages de la ligne d'échappement n'est pas limitée à une utilisation pour un additif incompatible avec la sonde. Elle peut convenir aussi dans le cas d'un additif compatible avec la sonde mais créant un effet néfaste pour celle-ci, par exemple une trop grande augmentation de la température. Ainsi, selon la présente invention, la sonde peut être protégée non seulement contre la pollution par des additifs incompatibles mais aussi contre la modification de certains de ses paramètres de fonctionnement, comme, par exemple, la température, provoquée par l'injection de cet additif. Dans tous les modes de réalisation de l'invention, la section des passages créés est gérée en fonction des débits des gaz que l'on souhaite envoyer respectivement vers la sonde de contrôle ou le dispositif d'injection et pour la réalisation du mélange. Il pourrait être envisagé de mettre un plus grand nombre de plaques ou de tuyaux pour permettre l'implantation de plusieurs types de sondes et/ou de dispositifs d'injection d'additifs, au moins un de ces additifs étant incompatible avec la sonde de contrôle ou provoquant un changement de paramètres entravant le bon fonctionnement de cette sonde ou l'endommageant. La solution proposée et ses variantes permettent de positionner, avant le catalyseur, la sonde en aval du dispositif d'injection sans avoir à craindre une pollution de cette sonde ou une trop forte variation d'un paramètre de fonctionnement de cette sonde, par exemple une trop forte augmentation de la température. Ces solutions sont de conception simple techniquement et industriellement, et avec des impacts limités sur l'implantation sous capot du véhicule automobile. Les premier et second modes de réalisation de l'invention, concernant la plaque dans la ligne et le tube placé dans la ligne d'échappement, ont de plus l'avantage de ne pas modifier le volume initial de la ligne d'échappement. REVENDICATIONS 1. Ligne d'échappement (L) comprenant un catalyseur, un filtre à particules, un dispositif d'injection (2) d'un additif dans cette ligne, placé en amont du catalyseur (1) et au moins une sonde (3) de contrôle, placée en aval de ce dispositif d'injection (2) selon le sens (E) d'écoulement des gaz d'échappement, caractérisée en ce que le flux de gaz d'échappement est séparé en au moins deux passages (p2, p'2, p"2, p"'2 ; p3, p'3) de flux, la sonde (3) de contrôle étant placée dans un passage (p3, p'3) de flux de gaz d'échappement isolé complètement du passage (p2, p'2, p"2, p"'2) du flux de gaz contenant le dispositif d'injection (2). 2. Ligne d'échappement (L) selon la revendication 1, caractérisée en ce que les passages (p2, p'2, p"2, p'''2 ; p3, p'3) se rejoignent après la sonde (3) de contrôle dans le sens (E) de l'échappement des gaz. 3. Ligne d'échappement (L) selon la revendication 2, caractérisée en ce que les passages (p2, p'2, p"2, p"'2 ; p3, p'3) présentent des éléments ou des formes créant des turbulences avant leur jonction afin de favoriser le mélange des deux flux de gaz. 4. Ligne d'échappement (L) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une plaque de séparation interne (4) réalisant la séparation entre les deux passages (p2, p3). 5. Ligne d'échappement (L) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un tuyau interne (5) formant un passage (p'2), séparé du second passage (p'3) formé par la ligne d'échappement (L), en s'étendant parallèlement à celle-ci. 6. Ligne d'échappement (L) selon la revendication 5, caractérisée en ce que des pattes de support (6) sont disposées entre la surface interne de la ligne d'échappement (L) et le tuyau interne (5). r 15 7. Ligne d'échappement (L) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle présente au moins une excroissance (7) externe sur une partie de la longueur de sa surface externe, cette excroissance (7) réalisant un premier passage (p " 2) séparé du second passage formé par la ligne d'échappement (L). 8. Ligne d'échappement (L) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle présente au moins un tuyau secondaire (8) sur une partie de la longueur de sa surface externe, ce tuyau secondaire réalisant un premier passage (p " '2) séparé du second passage formé par la ligne d'échappement (L). 9. Ligne d'échappement (L) selon les revendications 4, 5, 7 et 8, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un passage additionnel, ce passage ou ces passages additionnels étant réalisés par une plaque de séparation (4), un tuyau interne (5), une excroissance externe (7) ou un tuyau secondaire (8), chaque passage comprenant avantageusement une sonde de contrôle additionnelle ou un autre dispositif d'injection d'un additif. 10. Ligne d'échappement (L) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'une sonde (3) disposée dans cette ligne (L) est une sonde (3) 25 oxygène. 11. Ligne d'échappement (L) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que l'additif est destiné à la régénération du filtre à particules. 30 12. Ligne d'échappement (L) selon la revendication 11, caractérisée en ce que l'additif injecté est du carburant, notamment du gazole dans le cas d'un moteur Diesel. 13. Moteur à essence ou Diesel, caractérisé en ce 35 qu'il comprend une ligne d'échappement (L) selon l'une quelconque des revendications 1 à 12. 16 14. Procédé de protection d'une sonde (3) de contrôle disposée dans une ligne d'échappement (L) après un dispositif d'injection (2) d'un additif pouvant polluer ou perturber le fonctionnement de cette sonde dans la ligne (L), caractérisé par les étapes suivantes : - création d'un premier passage (p3, p'3) de flux de gaz d'échappement dans lequel est placée la sonde (3) de contrôle, - création d'un second passage (p2, p'2, p"2, p"'2) de flux de gaz en parallèle avec le premier passage (p3, p'3) dans lequel est placé le dispositif d'injection (2), - isolation complète des deux passages (p2, p'2, P"2 ; p3, p'3) l'un par rapport à l'autre, et -jonction des deux passages (p2, p'2, p"2 ; p3, p'3) après que chaque passage a traversé respectivement la sonde (3) ou le dispositif d'injection (2).