Brevet FR2925578A1 — publié le 20090626

Dispositif de dépollution de qaz d'échappement de véhicule automobile à moteur thermique. L'invention concerne en général les lignes d'échappement de véhicules automobiles. Plus précisément, l'invention concerne un dispositif de dépollution de gaz d'échappement de véhicule automobile à moteur thermique, du type comprenant : - une enveloppe externe longitudinale présentant une entrée et une sortie de gaz d'échappement et définissant un passage de circulation des gaz d'échappement depuis l'entrée jusqu'à la sortie ; - au moins un premier organe de purification des gaz d'échappement logé dans l'enveloppe externe. On connaît des dispositifs de dépollution dont l'enveloppe est constituée de plusieurs tronçons. Ces tronçons présentent des recouvrements et sont fixés les uns aux autres par des soudures périphériques. Ces soudures sont coûteuses à réaliser. Par ailleurs, les zones de recouvrement entraînent une consommation de matière accrue par rapport à une enveloppe qui serait d'une pièce. Dans ce contexte, l'invention vise à proposer un dispositif de dépollution qui soit moins coûteux. A cette fin, l'invention porte sur un dispositif de dépollution du type précité, caractérisé en ce que l'enveloppe externe comprend un premier tronçon longitudinal dont une partie définit l'entrée, le premier organe de purification étant logé dans une autre partie du premier tronçon, les deux parties étant venues de matière. Le dispositif de dépollution peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - le premier organe de purification est entièrement logé dans ladite autre partie du premier tronçon ; - l'entrée est disposée d'un premier côté longitudinal du premier organe de purification, le premier tronçon de l'enveloppe formant au moins une première sur-face de butée contre laquelle le premier organe de purification est en appui longitudinalement du premier côté ; 2 -l'entrée est disposée d'un premier côté longitudinal du premier organe de purification, le premier tronçon de l'enveloppe formant au moins une seconde sur-face de butée contre laquelle le premier organe de purification est en appui longitudinalement d'un second côté longitudinal opposé au premier ; - la seconde surface de butée est un bord périphérique rentrant du premier tronçon ; - l'enveloppe externe comprend un second tronçon longitudinal dont une partie définit la sortie, le second tronçon de l'enveloppe formant au moins une seconde surface de butée contre laquelle le premier organe de purification est en appui longitudinalement d'un second côté longitudinal opposé à l'entrée ; - la seconde surface de butée est un bord périphérique rentrant du second tronçon ; - la partie du premier tronçon définissant l'entrée est sensiblement tronconique et présente un axe central incliné par rapport à la direction longitudinale ; - l'enveloppe externe comprend un second tronçon longitudinal et des moyens de fixation des premier et second tronçons l'un à l'autre, le dispositif comprenant en outre un second organe de purification entièrement logé dans le second tronçon longitudinal de l'enveloppe externe ; - le premier organe de purification est un organe de purification catalytique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles : - la Figure 1 est une vue partielle en coupe longitudinale d'un dispositif de dépollution conforme à un premier mode de réalisation de l'invention ; -la Figure 2 est une vue en coupe selon les flèches II de la Figure 1 ; et - la Figure 3 est une vue similaire à celle de la Figure 1, pour un second mode de réalisation de l'invention. Le dispositif de dépollution 1 représenté sur la Figure 1 est prévu pour être inséré dans une ligne d'échappement de véhicule automobile à moteur thermique. Le dispositif 1 comprend : - une enveloppe externe 3 longitudinale présentant à une extrémité longitudinale une entrée 5 des gaz d'échappement et à l'extrémité longitudinale opposée une sortie de gaz d'échappement non représentée ; 3 - un organe 7 de purification catalytique des gaz d'échappement, et un filtre à particules 9, tous deux logés dans l'enveloppe externe 3. L'entrée 5 est prévue pour être raccordée à un collecteur d'échappement qui capte les gaz d'échappement en sortie des chambres de combustion du mo- teur thermique. La sortie du dispositif de dépollution est prévue pour être raccordée à la canule d'échappement de la ligne, par laquelle les gaz d'échappement sont rejetés dans l'atmosphère après purification. L'enveloppe externe 3 définie intérieurement un passage de circulation des gaz d'échappement depuis l'entrée 5 jusqu'à la sortie. L'organe de purification ca- talytique 7 et le filtre à particules 9 sont disposés en série dans le passage de circulation. L'organe 7 est placé en amont du filtre à particules 9. Les gaz d'échappement circulant de l'entrée vers la sortie sont forcés de traverser successivement l'organe de purification catalytique 7 puis le filtre à particules 9. L'amont et l'aval sont entendus ici relativement au sens d'écoulement normal des gaz d'échappement. L'organe de purification catalytique 7 comprend, par exemple, une structure perméable au gaz recouverte de métaux catalytiques favorisant l'oxydation des gaz de combustion et/ou la réduction des oxydes d'azote. Le filtre à particules comprend un matériau de filtration constitué d'une stru- cture monolithique en céramique ou en carbure de silicium, ayant une porosité suffisante pour permettre le passage des gaz d'échappement. Cependant, comme connu en soi, le diamètre des pores est choisi suffisamment petit pour assurer une retenue des particules, et notamment des particules de suie, sur la face amont du filtre. Le filtre à particules peut également être réalisé à partir d'une mousse de céramique, de cordiérite ou de carbure de silicium. 11 peut également être constitué d'un filtre cartouche ou d'un filtre en métal fritté. Le filtre à particules comporte par exemple un ensemble de canaux parallèles répartis en un premier groupe de canaux d'entrée et un second groupe de canaux de sortie. Les canaux d'entrée et de sortie sont disposés en quinconce. Les canaux d'entrée sont débouchant sur la section amont du filtre à particules et obturés au niveau de la section aval du filtre à particules. Au contraire les canaux de sortie sont obturés sur la section amont du filtre à particules et sont débouchant sur la section aval. 4 L'enveloppe externe 3 présente une forme générale cylindrique, d'axe central longitudinal L. Comme visible sur la Figure 1, l'enveloppe externe 3 comprend un premier tronçon longitudinal 11 définissant l'entrée, au moins un second tronçon longitudinal 13 définissant la sortie, et des moyens 15 pour fixer rigidement les premier et second tronçons l'un à l'autre. Le premier tronçon 11 comporte une partie cylindrique 17 d'axe L, prolongée par une partie tronconique 19 définissant l'entrée 5. La partie 19 présente un axe central A incliné par rapport à l'axe longitudinal L. Par exemple, cet axe forme un angle de 60° avec la direction longitudinale. Vers le haut de la Figue 1, la partie tronconique 19 se raccorde directement sur la partie cylindrique 17. Vers le bas de la Figure 1, la partie tronconique 19 se raccorde à la partie cylindrique 17 par une partie de transition 21. La partie de transition 21 est de forme générale tronconique, d'axe L, et présente un angle d'ouverture très supérieur à la partie tronconique 19. La partie tronconique 19 et la partie cylindrique 17 sont venues de matière l'une avec l'autre. Plus précisément, le premier tronçon 11 est venu de matière. Typiquement, le premier tronçon 11 est venu de moulage. L'organe de purification catalytique 7 est logé dans le premier tronçon 11, comme visible sur la Figure 1. Plus précisément, l'organe de purification catalyti- que 7 est logé dans le premier tronçon sur la plus grande partie de sa longueur longitudinale. De préférence, l'organe de purification catalytique est entièrement logé dans le premier tronçon 11. A cette fin, la partie cylindrique 17 du premier tronçon présente une longueur longitudinale légèrement supérieure à celle de l'organe 7, et l'organe 7 est logé dans la partie cylindrique 17. L'organe de purification catalytique 7 est typiquement une galette cylindrique, d'axe L, de diamètre légèrement inférieure à celui de la partie cylindrique 17. I[ présente une grande face amont 22 tournée vers l'entrée 5, et une grande face avale 23 tournée à l'opposé de l'entrée 5. Les grandes faces 22 et 23 sont sensiblement perpendiculaires à l'axe L. L'organe 7 présente par ailleurs une face radiale 24 sensiblement cylindrique, dis-posée en vis-à-vis de la partie cylindrique 17 du premier tronçon. Comme visible sur la Figure 1, la partie tronconique 19 se trouve longitudinalement en regard d'une moitié de la face amont 22 de l'organe de purification catalytique 7. Cette moitié est la moitié supérieure de la face 22 dans la représentation de la Figure 1. Du fait que la partie de transition 21 s'évase à partir de la partie d'entrée 19 jusqu'à la face amont 22, l'arrosage de la face amont 22 par les gaz d'échappement entrant est sensiblement uniforme. Par ailleurs, un épaulement 25 sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal est formé dans le premier tronçon 11. Cet épaulement est formé à la jonction entre la partie cylindrique 17 et la partie de transition 21. L'épaulement 23 s'étend sur la plus grande partie de la périphérie de la partie cylindrique 17, mais pas sur la totalité de la périphérie du fait que, en haut de la Figure 1, le cône 19 se raccorde directement sur la partie cylindrique 17. L'épaulement 25 forme une première surface d'appui longitudinal pour l'organe de purification catalytique 7, du côté de l'entrée 5. Par ailleurs, le bord périphérique 27 de la partie 17 opposée d'entrée est plié vers l'intérieur de la partie 17. Le bord rentrant 27 défini une seconde surface d'appui longitudinal pour l'organe de purification catalytique, du côté opposé à l'entrée 5. Le dispositif de dépollution comprend par ailleurs deux cales annulaires 29, 30, interposées entre l'organe de purification catalytique 7 et les surfaces d'appui et 27. Chaque cale 29, 30 présente une section en L. Chaque cale 29, 30 pré-sente une aile 31 d'orientation longitudinale et une aile 33 sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale. 25 La cale 29 est placée de manière à chevaucher l'arête circulaire séparant la face amont 22 de l'organe de purification catalytique de la face radiale 24 de cet organe. L'aile 31 est plaquée contre une extrémité longitudinale de la face radiale 24. L'aile 33 est plaquée contre une zone périphérique de la face amont 22. L'aile 31 est prise entre la face radiale 24 et la partie 17 du premier tronçon. L'aile 33 est mise entre la face amont 22 et la première surface de butée 25. L'autre cale 30 est disposée de manière à chevaucher l'arête circulaire séparant la face radiale 24 de l'organe de purification catalytique et sa face aval 23. De même que précédemment, l'aile longitudinale 31 est prise entre la face radiale 6 24 de l'organe de purification catalytique et la partie cylindrique 17 du premier tronçon. L'aile 33 est prise entre la face aval 23 de l'organe de purification catalytique et la seconde surface de butée 27. Le second tronçon 13 de l'enveloppe externe comprend une partie sensi- blement cylindrique 39, prolongée par une partie tronconique (non représentée) définissant la sortie des gaz d'échappements. La partie cylindrique et la partie tronconique sont soudées l'une à l'autre, ou sont venues de matière l'une avec l'autre. Le filtre à particules 9 est logé dans la partie cylindrique 39. Plus précisé- ment, le filtre à particules 9 est logé dans la partie 39 sur la plus grande partie de sa longueur longitudinale. De préférence, le filtre à particules 9 est entièrement logé dans la partie cylindrique 39. L'extrémité 41 de la partie cylindrique 39 tournée vers l'entrée 5 est appliquée contre la surface externe de la partie cylindrique 17 du premier tronçon. Les moyens de liaison 15 entre les premier et second tronçons de l'enveloppe sont typiquement constitués par une ligne de soudure 43 fixant rigidement l'extrémité 41 à la partie 17. La soudure 43 est étanche. Elle est continue, le long de toute la périphérie de l'extrémité 41. A l'intérieur de l'enveloppe 3, le filtre à particules et l'organe de purification catalytique sont écartés l'un de l'autre, et sont séparés par un écartement longitu- dinal e. Le procédé de fabrication du dispositif de dépollution décrit ci-dessus va maintenant être détaillé. Le premier tronçon 11 de l'enveloppe externe est d'abord fabriqué, par exemple par une succession d'étapes d'emboutissage profond, permettant de former d'abord la partie de transition 21 et la partie cylindrique 17, puis de créer la partie 19 qui délimite l'entrée 5. Alternativement, le premier tronçon 11 peut être fabriqué par hydroformage ou par toute autre technologie exigée en fonction de la complexité et de la longueur du tronçon. Puis, l'organe de purification catalytique 7, avec ses deux cales 29 et 30, est introduit à l'intérieur du premier tronçon 11. L'organe 7 est introduit longitudinalement, par l'extrémité du premier tronçon 11 opposé à l'entrée 5. Le bord périphérique 27 du premier tronçon est ensuite plié vers l'intérieur, de manière à compri- 7 mer l'organe de purification catalytique 7 et les cales 29, 30 entre la première sur-face de butée 25, et la deuxième surface de butée 27. Le pliage est réalisé par déformation sur un outil d'emboutissage de forme adaptée, par moulurage, galetage ou par tout autre moyen. Pour faciliter cette déformation, un pré-découpage ou encochage discontinu peut être aménagé sur une partie ou sur la totalité du bord périphérique 27. En variante, le bord périphérique rentrant 27 peut être obtenu en rapportant une pièce sur la partie cylindrique 17. La pression exercée longitudinalement sur l'organe de purification catalytique est contrôlée de manière très précise au cours de l'opération de pliage du bord périphérique 27. Ceci permet de bien maîtriser la force de compression entre les surfaces de butée 25 et 27. Ainsi, une fois le pliage du bord 27 terminé, la pression exercée longitudinalement sur la cale 29 entre la surface de butée 25 et la face amont 23 de l'organe de purification 7 est bien maîtrisée. De même, la pression exercée sur la cale 30 longitudinale-ment entre la face aval 23 de l'organe de purification catalytique et la surface de butée 27 est également bien maîtrisée. Ensuite, le second tronçon 13 de l'enveloppe externe est fabriqué par tous moyens adaptés, et le filtre à particules 9 est introduit et calé à l'intérieur du second tronçon 13. L'extrémité 41 du second tronçon est alors engagée autour du premier tronçon 11, et le cordon de soudure 43 entre les premier et second tronçon est réalisé. En variante, l'extrémité 41 du second tronçon est fixée de manière démon-table sur le premier tronçon, par exemple à l'aide de brides. Un second mode de réalisation de l'invention va maintenant être décrit, en référence à la Figure 3. Seuls les points par lesquels le second mode de réalisa- tion se différentie du premier seront décrits ci-dessous. Les éléments identiques ou assurant la même fonction seront désignés par les mêmes références dans les deux modes de réalisation. Dans le second mode de réalisation, le bord périphérique 27 de la partie cylindrique 17 n'est pas rabattu vers l'intérieur. Au contraire, le bord 27 va en s'évasant légèrement vers l'extérieur, et se prolonge par une seconde partie cylindrique 45 de diamètre légèrement supérieur à celui de la partie 17. En revanche, l'extrémité 41 de la partie cylindrique 39 est rabattue vers l'intérieur, selon une orientation sensiblement perpendiculaire à la direction longi- 8 tudinale L. L'extrémité 41 constitue une surface de butée pour l'organe de purification catalytique 7, du côté opposé à l'entrée 5. L'aile 33 de la cale aval 30 est prise entre la face aval 22 de l'organe de purification catalytique et la surface de butée 41. La seconde partie cylindrique 45 est engagée autour du second tronçon 13. Elle est appliquée contre une surface externe de la partie cylindrique 39. Le cordon de soudure 43 solidarise l'extrémité 47 de la partie cylindrique 45 opposée à l'entrée 5 avec le second tronçon 13. La méthode de fabrication d'un dispositif de dépollution conforme au se- tond mode de réalisation de l'invention va maintenant être détaillée. Après fabrication du premier tronçon 11 de l'enveloppe, l'organe de purification catalytique 7 muni de ses deux cales 29 et 30 est engagé dans le premier tronçon 11, jusqu'à ce que la cale 29 soit en appui contre la surface de butée 25. Ensuite, le second tronçon 13 de l'enveloppe externe est fabriqué, le filtre à particules 9 est introduit et calé à l'intérieur du second tronçon 13. Puis, le second tronçon 13 est engagé à l'intérieur du premier tronçon 11, jusqu'à ce que l'extrémité 41 soit en appui contre l'organe de purification catalytique 7, par l'intermédiaire de la cale 30. La pression exercée sur l'organe de purification catalytique 7 est contrôlée de manière très précise pendant l'introduction. On maîtrise ainsi parfaitement la pression exercée sur l'organe de purification catalytique entre les surfaces de butée 25 et 41. Enfin, la soudure 43 est réalisée de manière à solidariser les premier et second tronçons de l'enveloppe externe l'un avec l'autre. Une fois la soudure réalisée, la pression exercée longitudinalement sur le premier tronçon est relâchée. On contrôle ainsi parfaitement la pression appliquée à l'aile 33 de la cale 30 entre la surface de la butée 41 et la face aval 23, et la pression appliquée à l'aile 33 de la cale 29, entre la surface de la butée 25 et la face amont 22. En variante, l'extrémité 41 du second tronçon n'est pas pliée vers l'intérieur, et conserve son orientation longitudinale. En revanche, une bague est soudée à l'intérieur du second tronçon 13, par exemple au niveau de l'extrémité 41. Cette bague constitue la seconde surface de butée pour l'organe de purification catalytique 7. 9 Le dispositif de dépollution décrit ci-dessus présente de multiples avanta-ges. Du fait que l'enveloppe externe comprend un premier tronçon longitudinal dont une partie définit l'entrée, le premier organe de purification étant logé dans une autre partie du premier tronçon, les deux parties étant venues de matière l'une avec l'autre, il n'existe pas de soudure entre la partie formant l'entrée, et la partie servant à loger le premier organe de purification. Par ailleurs il n'y a pas non plus de recouvrement entre ces deux parties de l'enveloppe externe. Ainsi, on ré-alise un gain de matière, du fait de l'absence de recouvrement. De plus, on accé- lère la fabrication du dispositif de dépollution, du fait qu'il n'y a pas de soudure périphérique à réaliser pour solidariser les deux parties. Du fait que le premier organe de purification est comprimé entre une première butée ménagée dans le premier tronçon, et une seconde butée ménagée soit sur le premier tronçon soit sur un second tronçon de l'enveloppe externe, la compression des cales peut être bien maîtrisée. Le dispositif de dépollution est extrêmement compact longitudinalement, du fait que le premier tronçon présente une partie définissant l'entrée, et une partie venue de matière avec l'entrée servant à loger le premier organe de purification catalytique. De ce fait, il est possible de loger par exemple une prise de tempéra- ture et de pression entre les organes de purification catalytique et le filtre à parti-cule, sans augmenter excessivement la longueur longitudinale du dispositif de dé-pollution. Le dispositif de dépollution décrit ci-dessus peut présenter de multiples va-riantes. Il peut ne comprendre qu'un seul organe de purification, par exemple un organe de purification catalytique. Le second tronçon de l'enveloppe externe peut être réalisé en plusieurs parties soudées les unes aux autres, ou au contraire être venue de matière. L'entrée du dispositif de dépollution peut ne pas être décalée angulairement par rapport à l'axe longitudinal. Au contraire l'axe central de l'entrée peut être aligné avec l'axe longitudinal. Le dispositif peut comprendre des nappes de maintien interposées entre la paroi radiale des organes de purification et l'enveloppe externe. Ces nappes per- 10 mettent d'assurer le maintien en position longitudinalement des organes de purification, en dépit de la différence de dilatation thermique entre les organes de purification et l'enveloppe externe. Le premier organe de purification peut n'être que partiellement logé dans le premier tronçon de l'enveloppe externe. Dans ce cas, le bord périphérique du premier tronçon opposé à l'entrée n'est pas rabattu vers l'intérieur et reste d'orientation longitudinale. II est engagé à l'intérieur du second tronçon de l'enveloppe extérieure. La seconde surface de butée est formée à l'aide d'une bague, rigidement fixé à l'intérieur du second tronçon, à distance du bord périphéri- que du premier tronçon vers l'aval. Le premier organe de purification s'étend ainsi au-delà du bord périphérique, jusqu'à la bague. Dans une variante du premier mode de réalisation, la seconde surface de butée, à l'opposé de l'entrée, est formée d'une bague rigidement fixée à l'intérieur du premier tronçon de l'enveloppe externe. Le bord périphérique du premier tron- çon n'est pas plié vers l'intérieur et reste d'orientation longitudinale. Soit il est en-gagé dans le second tronçon comme sur la figure 1, soit il s'étend autour du second tronçon comme sur la figure 3. Dans ces deux cas, le second organe de purification peut être partiellement engagé dans le premier tronçon de l'enveloppe extérieure.20 REVENDICATIONS 1.- Dispositif de dépollution de gaz d'échappement de véhicule automobile à moteur thermique, le dispositif de dépollution (1) comprenant : - une enveloppe externe (3) longitudinale présentant une entrée (5) et une sortie de gaz d'échappement et définissant un passage de circulation des gaz d'échappement depuis l'entrée (5) jusqu'à la sortie, - au moins un premier organe (7) de purification des gaz d'échappement logé dans l'enveloppe externe (3) ; caractérisé en ce que l'enveloppe externe (3) comprend un premier tronçon longitudinal (11) dont une partie (19) définit l'entrée, le premier organe de purification (7) étant logé dans une autre partie (17) du premier tronçon (11), les deux parties (17, 19) étant venues de matière. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier organe de purification (7) est entièrement logé dans ladite autre partie (17) du pre- mier tronçon (11). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'entrée (5) est disposée d'un premier côté longitudinal du premier organe de purification (7), le premier tronçon (11) de l'enveloppe (3) formant au moins une première surface de butée (25) contre laquelle le premier organe de purification (7) est en appui longitudinalement du premier côté. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'entrée (5) est disposée d'un premier côté longitudinal du premier organe de purification (7), le premier tronçon (11) de l'enveloppe (3) formant au moins une seconde surface de butée (27) contre laquelle le premier organe de purification (7) est en appui longitudinalement d'un second côté longitudinal opposé au premier. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la seconde sur-face de butée (27) est un bord périphérique rentrant du premier tronçon (11). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'enveloppe externe (3) comprend un second tronçon longitudinal (13) dont une partie définit la sortie, le second tronçon (13) de l'enveloppe (3) formant au moins une seconde surface de butée (41) contre laquelle le premier organe de purification (7) est en appui longitudinalement d'un second côté longitudinal opposé à l'entrée (5). 12 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la seconde sur-face de butée (41) est un bord périphérique rentrant du second tronçon (13). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la partie (19) du premier tronçon (11) définissant l'entrée (5) est sensible- ment tronconique et présente un axe central (A) incliné par rapport à la direction longitudinale (L). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'enveloppe externe (3) comprend un second tronçon longitudinal (13) et des moyens (15) de fixation des premier et second tronçons (11, 13) l'un à l'autre, le dispositif comprenant en outre un second organe de purification (9) entièrement logé dans le second tronçon longitudinal (13) de l'enveloppe externe (3). 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le premier organe de purification (7) est un organe de purification catalytique.