Brevet FR3123090A1 — publié le 20221125

Pot catalytique de traitement des éléments polluants des gaz d’échappement, comprenant un manchon d’entrée (10) du flux de gaz d’échappement (F) dans le pot catalytique (4), et un injecteur d’air frais (20) dans ce manchon (10), le manchon (10) comportant une chambre annulaire (16) entourant la section de passage du flux de gaz d’échappement (F), cette chambre (16) recevant l’air frais de l’injecteur (20), étant fermée par un diffuseur annulaire (26) d’air frais dans le pot catalytique (4), présentant des perçages (28) répartis sur son contour qui sont tournés vers la direction aval du flux de gaz d’échappement (F). Figure 1 POT CATALYTIQUE AVEC MANCHON D’ENTREE DES GAZ D’ECHAPPEMENT EQUIPE D’UN DIFFUSEUR D’AIR La présente invention concerne un pot catalytique de traitement des éléments polluants des gaz d’échappement, comprenant un manchon d’entrée comportant un diffuseur d’air frais, ainsi qu’un véhicule automobile équipé d’un tel pot catalytique. Les véhicules automobiles équipés d’un moteur thermique comportent généralement un pot catalytique des gaz d’échappement réalisant un traitement des éléments polluants comme le monoxyde de carbone, les hydrocarbures imbrûlés ou les oxydes d’azote, comprenant un boîtier fermé équipé d’un substrat présentant un grand nombre d’alvéoles couvertes par les matériaux de catalyse, qui sont traversées par le flux des gaz d’échappement. Toutefois les réactions complètes de catalyse nécessitent une température suffisamment élevée du substrat, comprise généralement entre 300 et 350°C. Afin d’obtenir une efficacité plus rapide des réactions de catalyse lors des démarrages du moteur thermique, un système connu de préchauffage, présenté notamment par le document US-A1-2004083718 utilise une pompe à air suivie d’une vanne de contrôle qui prélève l’air frais dans le filtre à air d’admission du moteur thermique, pour injecter de l’oxygène dans un conduit d’échappement en amont du pot catalytique afin de réaliser une postcombustion des hydrocarbures imbrûlés oxydants ces hydrocarbures et les oxydes de carbone, tout en générant une chaleur importante qui chauffe plus rapidement le catalyseur. Par ailleurs certains pots catalytiques comportent un système de chauffage électrique permettant de chauffer plus rapidement le substrat. Cependant les nouvelles normes de dépollution des moteurs thermiques imposent un chauffage très rapide et uniforme de l’ensemble du substrat, qui nécessite le passage d’un flux d’air frais au travers du pot catalytique pour l’arroser de manière homogène. On peut insérer un tube directement dans le cône d’entrée du pot catalytique, qui traverse ce cône avec des perçages formant un injecteur d’air frais. Toutefois cette géométrie intrusive dans le cône d’entrée à un impact acoustique, et modifie le flux d’air des gaz d’échappement lors du fonctionnement du moteur thermique. La définition géométrique du cône d’entrée du pot catalytique doit être revue pour tenir compte de ces données. En variante avec un moteur équipé d’un turbocompresseur, l’entrée des gaz frais dans le conduit d’échappement peut se faire par un piquage latéral sur un côté de la sortie de ce turbocompresseur, disposé en amont du pot catalytique. Dans ce cas le fonctionnement du turbocompresseur est modifié, ce qui entraîne une variation des performances du moteur thermique devant être prise en compte. De plus avec la pression générée par le turbocompresseur en fonctionnement, on obtient une remontée d’air chaud vers la vanne de contrôle du débit d’air frais, qui peut atteindre la température de 550°C, ce qui nécessite une technologie de vanne coûteuse pour supporter cette contrainte. D’une manière générale, à partir de l’injecteur le débit d’air frais est perturbé par le passage au travers des différents conduits intermédiaires pour arriver sur le substrat du pot catalytique. Il faut modifier les géométries existantes pour assurer une bonne diffusion et répartition de l’air frais sur l’ensemble du substrat. La présente invention a notamment pour but d’éviter ces problèmes de l’art antérieur. Elle propose à cet effet un pot catalytique de traitement des éléments polluants des gaz d’échappement, comprenant un manchon d’entrée du flux de gaz d’échappement dans le pot catalytique, et un injecteur d’air frais dans ce manchon, ce pot étant remarquable en ce que le manchon comporte une chambre annulaire entourant la section de passage du flux de gaz d’échappement, cette chambre recevant l’air frais de l’injecteur, étant fermée par un diffuseur annulaire de l’air frais dans le pot catalytique, présentant des perçages répartis sur son contour qui sont tournés vers la direction aval du flux de gaz d’échappement. Un avantage de ce pot catalytique est que autour d’un manchon d’entrée couramment utilisé, en ajoutant la chambre annulaire équipée de son diffuseur qui entoure l’entrée de ce manchon, l’air frais sortant de l’injecteur remplit la chambre avec une pression, puis sort du diffuseur dans la direction aval du flux des gaz échappement par les perçages qui sont répartis régulièrement sur le pourtour de ce flux. On réalise ainsi de manière simple et économique, sans perturber la circulation des gaz échappement en amont du pot catalytique, une diffusion d’air frais bien répartie autour du flux de ces gaz, qui permet ensuite une répartition homogène couvrant l’ensemble du substrat supportant les matériaux catalytiques, en optimisant son chauffage. Le pot catalytique selon l’invention peut comporter de plus une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement, le diffuseur est formé par une tôle découpée. Dans ce cas, avantageusement le diffuseur est soudé ou serti sur le manchon. Selon un mode de réalisation, les perçages comportent des lumières formant des arcs de cercle centrés sur l’axe central de passage du flux de gaz échappement dans le manchon d’entrée. En variante, les perçages peuvent être des perçages circulaires. En particulier, la chambre annulaire peut présenter suivant la direction radiale du flux une largeur qui est constante. Le manchon peut comporter sur son contour extérieur du côté amont une bride de raccordement sur un turbocompresseur. Avantageusement, le pot catalytique comporte en aval du manchon un cône d’entrée formé par une tôle, comprenant une partie cylindrique entourant la chambre annulaire qui fixe le manchon sur ce cône d’entrée. Avantageusement, le manchon est formé avec sa chambre annulaire par un procédé de moulage ou de forgeage d’un métal. L’invention a aussi pour objet un véhicule automobile équipé d’un pot catalytique comprenant l’une quelconque des caractéristiques précédentes. L’invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d’exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels : est une vue en coupe partielle de l’entrée d’un pot catalytique selon l’invention ; est une vue éclatée de cette entrée. Les figures 1 et 2 présentent une sortie tubulaire de turbocompresseur 2 recevant un flux de gaz d’échappement F délivré par un moteur thermique, qui est raccordé à un pot catalytique 4 de traitement des éléments polluants de ces gaz. Le pot catalytique 4 comporte successivement dans le sens du flux F un manchon d’entrée métallique circulaire 10, et un cône d’entrée réalisé en tôle 6 qui s’ouvre sur un pot cylindrique 8 contenant le substrat recevant dans les alvéoles les matériaux catalytiques. Le cône d’entrée 6 présente une géométrie prévue pour recevoir les gaz d’échappement du manchon d’entrée 10, et les répartir de la manière la plus égale possible sur la section complète du pot cylindrique 8 afin d’obtenir un flux F homogène sur l’ensemble des alvéoles remplissant ce pot. De cette manière on obtient un haut niveau de traitement des gaz polluants. Le manchon d’entrée 10 comporte une partie interne cylindrique 12 centrée sur un axe principal A, formant le passage intérieur recevant le flux de gaz d’échappement F, qui reçoit à l’extérieur en partant du côté amont une bride circulaire 14 de fixation à la sortie tubulaire 2, puis une chambre annulaire 16 entourant le passage de flux. La chambre annulaire 16 présente une longueur axiale supérieure à la moitié de la longueur axiale du manchon 10, et une largeur radiale constante délimitée par une paroi extérieure cylindrique 18 centrée sur l’axe principal A de ce manchon. La chambre annulaire 16 comporte sur un côté un piquage formant un injecteur 20 relié à une vanne de contrôle de débit d’air 22, puis à une pompe 24 prélevant l’air dans le filtre à air d’admission du moteur thermique afin de réguler un débit d’air frais dans cette chambre. Un diffuseur annulaire 26 forme une rondelle métallique plate disposée dans le plan transversal de l’extrémité aval du manchon 10, qui est sertie ou soudée sur les contours radialement intérieur et extérieur de la chambre annulaire 16 afin de présenter une tenue et une étanchéité sur ces contours. Le diffuseur 26 comporte une série de perçages 28 répartis régulièrement sur son contour, qui sont disposés à égale distance du rayon intérieur et du rayon extérieur de la rondelle. En particulier on peut disposer des perçages 28 formant des lumières allongées suivant des arcs de cercle 30 centrées sur l’axe principal A, notamment quatre lumières présentées sur le diffuseur B, ou une succession de perçages circulaires 32 présentés sur le diffuseur C. Le bord amont du cône d’entrée 6 présente une partie cylindrique axiale 34 qui entoure le côté aval de la chambre annulaire 16 afin d’être fixée dessus par soudage ou sertissage, puis une partie s’évasant aussitôt pour permettre la diffusion du flux de gaz échappement F sur la grande section du substrat de catalyse. Avantageusement le manchon d’entrée 10 est formé par le moulage ou le forgeage d’un acier, permettant de réaliser un démoulage suivant la direction axiale A de la chambre annulaire 16. On réalise ensuite un usinage des contours intérieur et extérieur au début de la chambre annulaire 16, afin de recevoir de manière ajustée et de fixer la rondelle formant le diffuseur 26. On obtient avec le diffuseur 26 fermant partiellement la sortie de la chambre annulaire 16, une légère mise en pression de l’air frais délivré par la pompe 24 qui se répartit sur le contour complet de cette chambre, puis une sortie S dans la direction aval, parallèlement à l’axe A de l’entrée du flux F. On obtient aussi une répartition régulière de la sortie d’air frais S sur le contour complet de l’entrée du cône 6, présentant une symétrie circulaire autour de l’axe principal A qui permet de mélanger de manière homogène cet air aux gaz d’échappement passant au milieu de cette répartition régulière. La sortie d’air frais S entourant le flux de gaz échappement F qui conserve une géométrie habituellement utilisée, ne perturbe pas ce flux ce qui permet d’obtenir un fonctionnement du moteur thermique, et de son turbocompresseur s’il en est équipé, qui ne change pas. De plus la sortie d’air frais S tournée vers la direction aval, dans la même direction que le flux de gaz d’échappement F, limite les remontées de ces gaz vers la chambre annulaire 16 qui devraient pour cela inverser la direction de leur mouvement. On a peu de remontée des gaz d’échappement vers la vanne de contrôle 22 et la pompe air 24, ce qui limite leur température et facilite leur conception. La vitesse et la distribution de la sortie d’air frais S dépendant de la section totale des perçages de diffuseur 28, de leurs formes et de leurs répartitions, sont calculées suivant les types de motorisation et de pot catalytique 4 utilisés afin d’optimiser les différents paramètres de fonctionnement, en particulier des effets acoustiques dans le cône d’entrée 6 afin d’obtenir la meilleure répartition de l’air frais dans le substrat du pot catalytique 8. On notera que la géométrie des perçages 28 dépendant uniquement du diffuseur 26, on peut prévoir facilement différents modèles de diffuseurs réalisés de manière simple par une découpe de tôle, s’adaptant sur un manchon 10 et un cône d’entrée 6 qui restent standard. On peut ainsi prévoir des procédés industriels de fabrication des pots catalytiques 4 et d’assemblage de ces pots sur les véhicules qui ne changent pas suivant les variantes de véhicules. Pot catalytique de traitement des éléments polluants des gaz d’échappement, comprenant un manchon d’entrée (10) du flux de gaz d’échappement (F) dans le pot catalytique (4), et un injecteur d’air frais (20) dans ce manchon (10), caractérisé en ce que le manchon (10) comporte une chambre annulaire (16) entourant la section de passage du flux de gaz d’échappement (F), cette chambre (16) recevant l’air frais de l’injecteur (20), étant fermée par un diffuseur annulaire (26) d’air frais dans le pot catalytique (4), présentant des perçages (28) répartis sur son contour qui sont tournés vers la direction aval du flux de gaz d’échappement (F). Pot catalytique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diffuseur (26) est formé par une tôle découpée. Pot catalytique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le diffuseur (26) est soudé ou serti sur le manchon (10). Pot catalytique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les perçages (28) comportent des lumières formant des arcs de cercle (30) centrés sur l’axe central (A) de passage du flux de gaz échappement (F) dans le manchon d’entrée (10). Pot catalytique selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les perçages (28) sont des perçages circulaires (32). Pot catalytique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chambre annulaire (16) présente suivant la direction radiale du flux une largeur qui est constante. Pot catalytique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le manchon (10) comporte sur son contour extérieur du côté amont une bride de raccordement sur un turbocompresseur (14). Pot catalytique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte en aval du manchon (10) un cône d’entrée formé par une tôle (6), comprenant une partie cylindrique (34) entourant la chambre annulaire (16) qui fixe le manchon (10) sur ce cône d’entrée (6). Pot catalytique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le manchon (10) est formé avec sa chambre annulaire (16) par un procédé de moulage ou de forgeage d’un métal. Véhicule automobile équipé d’un pot catalytique (4), caractérisé en ce que ce pot catalytique est selon l’une quelconque des revendications précédentes.