Brevet FR2925587A3 — publié le 20090626

FR 2925587 A3 20090626 FR 0760220 A 20071221 DISPOSITIF DE REDUCTION D'EMISSIONS POLLUANTES DISPOSE DANS UNE LIGNE D'ECHAPPEMENT PRINCIPALE D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE La présente invention concerne le domaine de la dépollution d'un moteur à s combustion interne et concerne plus particulièrement un dispositif de récupération de gaz d'échappement. Lors de la phase de démarrage, et durant les premières secondes de fonctionnement d'un moteur, une partie des gaz polluants émis (hydrocarbures imbrûlés, monoxyde de carbone et autres) et générés durant la phase de départ, n'est Io pas traitée, et est directement rejetée dans l'atmosphère. Durant cette phase de fonctionnement moteur, les gaz polluants générés sont d'autant plus néfastes que le ou les catalyseurs d'oxydation ne sont pas amorcés et ne peuvent pas par conséquent traiter les particules polluantes émises. Il existe des solutions qui proposent d'amorcer le catalyseur d'oxydation plus 15 rapidement à l'aide de lois de commande établies dans le contrôle moteur. D'autres solutions proposent de disposer des catalyseurs d'oxydation au plus près du moteur pour bénéficier d'une thermique échappement plus favorable à la mise en action du catalyseur. Le document FR2792967 propose par exemple d'insérer un piège à 20 hydrocarbures dans la ligne d'échappement. Le document FR2174696 propose un dispositif raccordé à un moteur à combustion interne comportant au moins un catalyseur et un adsorbeur disposé en amont du catalyseur dans une canalisation de dérivation d'une conduite de gaz d'échappement. La conduite est pourvue d'une soupape de commutation qui dirige les 25 gaz d'échappement dans la canalisation de dérivation et dans la conduite des gaz d'échappement. Le catalyseur est proche du moteur et est disposé en amont de la canalisation dans la conduite des gaz d'échappement. Ainsi lorsque la température de déclenchement du catalyseur est atteinte, la canalisation est fermée au moins jusqu'à ce que soit atteinte la température de déclenchement du catalyseur. 3o Toutefois, ces solutions ne permettent pas d'agir sur tous les polluants émis par le moteur ou utilisent des procédés de traitement chimique des gaz d'échappement. L'invention concerne un procédé et un dispositif simples et faciles à réaliser, qui présentent une alternative à ces solutions qui utilisent des procédés de traitement 35 chimique. A cet effet, l'objet de l'invention est de proposer un dispositif de réduction d'émissions polluantes disposé dans une ligne d'échappement principale d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen d'oxydation, une ligne d'échappement secondaire branchée en dérivation de la ligne d'échappement principale, un élément de récupération des gaz d'échappement disposé dans la ligne d'échappement secondaire, ledit élément de récupération des gaz d'échappement étant apte à stocker les gaz d'échappement lors de la phase de démarrage dudit moteur. Selon d'autres caractéristiques, il peut comporter une vanne de changement de direction apte à orienter l'écoulement des gaz d'échappement dans la ligne d'échappement principale vers le moyen d'oxydation ou dans la ligne d'échappement secondaire vers une entrée de l'élément de récupération des gaz d'échappement, il peut comporter un clapet de fermeture apte à empêcher l'écoulement des gaz d'échappement depuis une sortie de l'élément de récupération des gaz d'échappement vers le moyen d'oxydation, la ligne d'échappement secondaire peut être branchée en dérivation de la ligne d'échappement principale entre la sortie du moteur et le moyen d'oxydation, ladite ligne d'échappement secondaire débouchant en amont du catalyseur d'oxydation relativement au sens de l'écoulement des gaz d'échappement, il peut comporter un moyen de compression apte à être disposé dans la ligne d'échappement secondaire entre la vanne de changement d'orientation de l'écoulement des gaz d'échappement et l'entrée de l'élément de récupération des gaz d'échappement, l'élément de récupération des gaz d'échappement peut comporter un moyen apte à mesurer la quantité de gaz d'échappement récupérée dans l'élément de récupération. L'invention concerne également un procédé de réduction d'émissions polluantes d'un moteur à combustion, mis en oeuvre par un tel dispositif de réduction d'émissions polluantes caractérisé en ce que, pendant la phase de démarrage du moteur, on stocke les gaz d'échappement dans l'élément de récupération de gaz disposé dans la ligne d'échappement secondaire branchée en dérivation entre la sortie du moteur et le moyen d'oxydation. Selon d'autres caractéristiques, pendant la phase de démarrage, on peut orienter l'écoulement des gaz d'échappement vers l'élément de récupération de gaz en empêchant l'écoulement des gaz d'échappement dans la ligne d'échappement principale au moyen de la vanne de changement de direction, et on ferme la sortie des gaz d'échappement de l'élément de récupération des gaz d'échappement de manière à récupérer les gaz d'échappement dans l'élément de récupération des gaz, on peut orienter l'écoulement des gaz d'échappement dans la ligne principale d'échappement en obstruant la ligne d'échappement secondaire (33) au moyen i0 de la vanne de changement de direction après quelques cycles moteur, on peut orienter l'écoulement des gaz d'échappement dans la ligne principale d'échappement lorsque la quantité de gaz d'échappement stockée dans l'élément de récupération des gaz atteint sensiblement une quantité prédéterminée, 15 on peut activer un compresseur de gaz d'échappement pendant la phase de démarrage, on peut libérer les gaz d'échappement stockés dans l'élément de récupération des gaz d'échappement après l'amorçage du moyen d'oxydation. 20 Un tel procédé et un tel dispositif permettent de diminuer les émissions de n'importe quel polluant lors de la phase de démarrage. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention 25 apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : la figure 1 représente une vue schématique du dispositif de récupération des gaz d'échappement lors de la phase de démarrage d'un moteur, la figure 2 représente une vue schématique du dispositif de récupération 30 des gaz d'échappement lors de la phase de démarrage d'un moteur selon un autre mode de réalisation. A la figure 1, on a représenté un dispositif 1 de récupération des gaz disposé dans une ligne 3 d'échappement d'un moteur à combustion 2. 35 La ligne d'échappement 3 est une ligne principale de l'écoulement des gaz d'échappement, qui comporte un moyen d'oxydation 4 tel qu'un catalyseur d'oxydation. La ligne d'échappement 3 comporte une ligne d'échappement secondaire 33 d'écoulement des gaz d'échappement, branchée en dérivation entre la sortie du collecteur d'échappement et l'entrée du catalyseur d'oxydation 4. Ainsi la ligne d'échappement secondaire 33 prend naissance à la sortie du moteur et débouche en amont de l'entrée du catalyseur d'oxydation 4 relativement au sens de l'écoulement des gaz. Le dispositif de récupération 1 des gaz d'échappement comporte une vanne 5, telle qu'une vanne by-pass, apte à orienter l'écoulement des gaz d'échappement vers la ligne d'échappement principale 3 ou vers la ligne d'échappement secondaire 33 selon des phases de fonctionnement du moteur. Le dispositif de récupération des gaz 1 comporte un élément 11 de récupération des gaz d'échappement disposé dans la ligne d'échappement secondaire 33. L'élément de récupération des gaz 11 est une cavité traversante. Plus précisément, l'élément de récupération des gaz 11 comporte une entrée 110 et une sortie 111 des gaz d'échappement par lesquelles les gaz d'échappement peuvent s'écouler. Le dispositif de récupération des gaz 1 comporte un clapet de fermeture 6 ou volet de fermeture disposé dans la ligne d'échappement secondaire 33, apte à empêcher l'écoulement des gaz d'échappement dans la ligne d'échappement secondaire en direction 33 du catalyseur d'oxydation 4. Tel qu'illustré aux figures 1 et 2, le clapet de fermeture 6 est directement placé à la sortie 111 de l'élément de récupération des gaz 11. Il sera compris que le clapet de fermeture peut être disposé dans n'importe quelle portion de la ligne d'échappement secondaire 33 comprise entre la sortie de l'élément récupérateur des gaz 11 et à la jonction entre les deux lignes principale 3 et secondaire 33. Le dispositif de récupération des gaz 11 est apte à laisser passer ou à empêcher l'écoulement des gaz d'échappement dans la ligne principale d'échappement 3 en fonction de points de fonctionnement du moteur 2. Tel que représenté à la figure 1, lors de la phase de démarrage, la vanne 5 est dans une première position empêchant l'écoulement des gaz d'échappement dans la ligne principale d'échappement 3, et le clapet de fermeture 6 est dans une première position apte à empêcher la sortie 111 des gaz d'échappement de l'élément de récupération des gaz 11. Ainsi, on oriente les gaz d'échappement dans la ligne d'échappement secondaire 33 et on stocke les gaz d'échappement dans l'élément de récupération des gaz 11. Après quelques cycles moteurs, par exemple pendant un temps sensiblement compris entre 2s (secondes) et 10s, on oriente les gaz d'échappement dans la ligne d'échappement principale 3, en obstruant l'entrée de la ligne d'échappement secondaire 33, par un basculement de la vanne 5 dans une deuxième position empêchant l'écoulement des gaz d'échappement dans la ligne secondaire d'échappement 33. La durée d'orientation des gaz d'échappement dans la ligne d'échappement principale 3, peut par exemple être déterminée en fonction de la taille du dispositif de récupération des gaz et de la masse de gaz accumulée à l'intérieur de celui-ci. Dans un autre mode de réalisation, un moyen de mesure de la quantité de gaz stockée tel qu'un capteur de charge (non représenté), par exemple apte à mesurer la pression, est placé dans l'élément récupérateur des gaz 11. Lorsqu'on détecte que l'élément de récupération des gaz 11 est rempli, et on réoriente les gaz d'échappement dans la ligne d'échappement principale 3. Ensuite, lorsque le catalyseur d'oxydation 4 est amorcé, c'est-à-dire lorsque la détection de l'amorçage par le contrôle moteur, on vide l'élément de récupération des gaz 11. A cet effet, on oriente le clapet de fermeture 6 dans une deuxième position de sorte que la sortie 111 de l'élément de récupération des gaz 11 ne soit plus obstruée. Les gaz d'échappement qui étaient piégés dans l'élément de récupération des gaz 11 sont libérés et s'écoulent en direction du catalyseur d'oxydation 4. Les positions de la vanne 5 et du clapet de fermeture 6 restent alors dans ces positions durant les autres phases de fonctionnement du moteur. Dans un autre mode de réalisation, tel que représenté à la figure 2, le dispositif de récupération des gaz 11 comporte un moyen de comprimer les gaz d'échappement 7 disposé dans la ligne d'échappement secondaire 33, entre la vanne 5 et l'entrée 110 de l'élément de récupération des gaz 11. Le compresseur des gaz d'échappement permet d'augmenter la charge de l'élément de récupération des gaz d'échappement et augmente ainsi la masse de gaz d'échappement qui peut être stockée dans cet élément de récupération des gaz 11 lors de la phase de démarrage. Selon une étape du procédé de récupération des gaz d'échappement, on active le compresseur 7 des gaz d'échappement lors de la phase de démarrage du moteur. Le compresseur est ainsi activé lorsqu'on oriente les gaz d'échappement dans la ligne d'échappement secondaire 33, et qu'on empêche l'écoulement des gaz d'échappement vers le catalyseur d'oxydation 4 en obstruant la sortie 111 de l'élément de récupération des gaz 11. Il sera compris que le contrôle des ouvertures et fermeture de la vanne 5 et du clapet de fermeture 6, qui permettent le remplissage et la vidange de l'élément de récupération des gaz, ainsi que l'activation du compresseur de gaz 7, sont par exemple gérés par un calculateur de contrôle moteur (non représenté). Io Un tel dispositif de récupération des gaz peut par exemple être disposé dans le compartiment moteur ou sous la caisse d'un véhicule. Le dispositif de récupération des gaz 11 permet avantageusement de réduire les émissions polluantes dès la phase de démarrage de manière simple, et sans utiliser un procédé de traitement chimique. 15 REVENDICATIONS 1. Dispositif de réduction d'émissions polluantes disposé dans une ligne d'échappement principale (3) d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen d'oxydation (4), une ligne d'échappement secondaire (33) branchée en dérivation de la ligne d'échappement principale (3), un élément de récupération (11) des gaz d'échappement disposé dans la ligne d'échappement secondaire (33), ledit élément de récupération des gaz d'échappement étant apte à stocker les gaz d'échappement lors de la phase de démarrage dudit moteur. 2. Dispositif de réduction d'émissions polluantes disposé dans une ligne d'échappement principale (3) d'un moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une vanne (5) de changement de direction apte à orienter l'écoulement des gaz d'échappement dans la ligne d'échappement principale vers le moyen d'oxydation (4) ou dans la ligne d'échappement secondaire (33) vers une entrée (110) de l'élément (11) de récupération des gaz d'échappement. 3. Dispositif de réduction d'émissions polluantes selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce qu'il comporte un clapet de fermeture (6) apte à empêcher l'écoulement des gaz d'échappement depuis une sortie (111) de l'élément de récupération des gaz d'échappement (11) vers le moyen d'oxydation (4). 4. Dispositif de réduction d'émissions polluantes selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la ligne d'échappement secondaire (33) est branchée en dérivation de la ligne d'échappement principale entre la sortie du moteur et le moyen d'oxydation (4), ladite ligne d'échappement secondaire (33) débouchant en amont du catalyseur d'oxydation (4) relativement au sens de l'écoulement des gaz d'échappement. 5. Dispositif de réduction d'émissions polluantes selon l'une des 35 revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de compression (7) apte à être disposé dans la ligne d'échappementsecondaire (33) entre la vanne (5) de changement d'orientation de l'écoulement des gaz d'échappement et l'entrée (110) de l'élément de récupération des gaz d'échappement (11). 6. Dispositif de réduction d'émissions polluantes selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'élément de récupération des gaz d'échappement (11) comporte un moyen apte à mesurer la quantité de gaz d'échappement récupérée dans l'élément de récupération (11). 7. Procédé de réduction d'émissions polluantes d'un moteur à combustion, mis en oeuvre par le dispositif de réduction d'émissions polluantes selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, pendant la phase de démarrage du moteur, on stocke les gaz d'échappement dans l'élément de récupération de gaz (11) disposé dans la ligne d'échappement secondaire (33) branchée en dérivation entre la sortie du moteur et le moyen d'oxydation (4). 8. Procédé de réduction d'émissions polluantes d'un moteur à combustion selon la revendication 7 caractérisé en ce que pendant la phase de démarrage, on oriente l'écoulement des gaz d'échappement vers l'élément de récupération de gaz (11) en empêchant l'écoulement des gaz d'échappement dans la ligne d'échappement principale (3) au moyen de la vanne (5) de changement de direction, et on ferme la sortie (111) des gaz d'échappement de l'élément de récupération des gaz d'échappement (11) de manière à récupérer les gaz d'échappement dans l'élément de récupération des gaz (11). 9. Procédé de réduction d'émissions polluantes d'un moteur à combustion selon la revendication 7 à 8 caractérisé en ce qu'on oriente l'écoulement des gaz d'échappement dans la ligne principale d'échappement (3) en obstruant la ligne d'échappement secondaire (33) au moyen de la vanne (5) de changement de direction après quelques cycles moteur. 10. Procédé de réduction d'émissions polluantes d'un moteur à combustion selon la revendication 7 à 8 caractérisé en ce qu'on oriente l'écoulement des gaz d'échappement dans la ligne principale d'échappement (3) lorsquela quantité de gaz d'échappement stockée dans l'élément de récupération des gaz (11) atteint sensiblement une quantité prédéterminée. 11. Procédé de réduction d'émissions polluantes d'un moteur à combustion 5 selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'on active un compresseur de gaz d'échappement pendant la phase de démarrage. 12. Procédé de réduction d'émissions polluantes d'un moteur à combustion selon la revendication 7 caractérisé en ce qu'on libère les gaz 10 d'échappement stockés dans l'élément de récupération des gaz d'échappement (11) après l'amorçage du moyen d'oxydation (4). 15