Brevet FR3147589A1 — publié le 20241011

Ligne d’échappement L’invention concerne une ligne d’échappement (1) apte à transporter et à post-traiter des gaz d’échappement, s’étendant depuis une entrée (2), connectable à un moteur (M) thermique à combustion interne, jusqu’à une sortie (3) débouchant à l’air libre, comprenant, de l’amont vers l’aval, une disjonction (D), une première branche (7) et une deuxième branche (8) en dérivation l’une de l’autre et à l’aval de la disjonction (D), une jonction (J) réunissant la première branche (7) et la deuxième branche (8) à leur aval, une troisième branche (9) à l’aval de la jonction (J), un élément chauffant (4) disposé dans la première branche (7), un premier catalyseur (5) disposé à l’aval de l’élément chauffant (4) et une première vanne (10, 11) apte à sélectivement permettre ou empêcher une circulation des gaz d’échappement dans la première branche (7). Figure pour l'abrégé : 1 Ligne d’échappement L’invention concerne une ligne d’échappement. De manière connue, une ligne d’échappement est utilisée pour transporter et post-traiter des gaz d’échappement. Le post-traitement désigne l’ensemble des opérations permettant de réduire le contenu polluant résultant de la combustion. Communément, le post-traitement des gaz d’échappement est également connu sous le terme « dépollution». Pour cela, une ligne d’échappement comprend une conduite qui s’étend depuis une entrée, connectable à la sortie d’un moteur thermique à combustion interne, jusqu’à une sortie débouchant à l’air libre. Afin de post-traiter les gaz d’échappement, il est connu d’utiliser un catalyseur pour convertir les gaz d’échappement polluants en gaz moins critiques pour l’environnement. Un tel catalyseur nécessite, pour être pleinement opérationnel, d’atteindre ou dépasser une température opérationnelle élevée, typiquement de l’ordre de 300 à 400 °C. Cette température opérationnelle n’est pas atteinte au démarrage du moteur, même pour un catalyseur disposé au plus près du moteur. Aussi, il est connu d’utiliser un élément chauffant, classiquement électrique, disposé à l’amont du catalyseur afin de préchauffer, avant le démarrage du moteur, ou de chauffer, après le démarrage du moteur, le catalyseur, directement par conduction ou indirectement par convection via les gaz d’échappement le traversant, de manière à ce que le catalyseur atteigne le plus vite possible sa température opérationnelle. Cependant, un tel élément chauffant, s’il est très utile en phase de démarrage, risque d’être fortement dégradé par les gaz d’échappement fortement chauffés, à plus de 700 °C, que produit le moteur à forte charge. Aussi, il convient de protéger l’élément chauffant en dehors des phases de démarrage. Selon un premier aspect de l’invention, une ligne d’échappement apte à transporter et à post traiter des gaz d’échappement, s’étendant depuis une entrée, connectable à un moteur thermique à combustion interne, jusqu’à une sortie débouchant à l’air libre, comprenant, de l’amont vers l’aval, une disjonction, une première branche et une deuxième branche en dérivation l’une de l’autre et à l’aval de la disjonction, une jonction réunissant la première branche et la deuxième branche à leur aval, une troisième branche à l’aval de la jonction, un élément chauffant disposé dans la première branche, un premier catalyseur disposé à l’aval de l’élément chauffant et une première vanne apte à sélectivement permettre ou empêcher une circulation des gaz d’échappement dans la première branche. Des caractéristiques ou des modes de réalisation particuliers, utilisables seuls ou en combinaison, sont : - le premier catalyseur est disposé dans la première branche ou dans la troisième branche, - la première vanne est de type « tout ou rien », ou préférentiellement de type « proportionnel », - la première vanne est de type « trois voies » et est disposée à la disjonction ou préférentiellement à la jonction, - la première vanne est de type « une voie » et est disposée dans la première branche, de préférence le plus à l’aval possible, - le premier catalyseur présente une faible inertie thermique, - la ligne d’échappement comprend encore un deuxième catalyseur, disposé dans la deuxième branche ou dans la troisième branche préférentiellement à l’aval du premier catalyseur, - la ligne d’échappement comprend encore une deuxième vanne, disposée dans la deuxième branche, - la deuxième vanne est de type « tout ou rien », ou préférentiellement de type « proportionnel », Dans un deuxième aspect de l’invention, un procédé de commande d’une telle ligne d’échappement, comprenant deux modes de fonctionnement : un premier mode de fonctionnement dans lequel la première vanne est commandée pour permettre une circulation des gaz d’échappement dans la première branche utilisé au moins en phase de démarrage et un deuxième mode de fonctionnement dans lequel la première vanne est commandée pour empêcher une circulation des gaz d’échappement dans la première branche et isoler l’élément chauffant utilisé au moins en phase de forte charge. L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite uniquement à titre d’exemple, et en référence aux figures en annexe dans lesquelles : montre une première disposition du premier catalyseur, montre une autre disposition du premier catalyseur, montre les dispositions possibles d’une première vanne « une voie » et d’une deuxième vanne « une voie », montre les dispositions possibles d’une première vanne « trois voies » et d’une deuxième vanne « une voie », montre une première disposition d’un deuxième catalyseur, montre une autre disposition d’un deuxième catalyseur, montre une autre disposition d’un deuxième catalyseur. montre une autre disposition d’un deuxième catalyseur. En référence aux figures 1 et 2, est illustrée une ligne d’échappement 1 apte à transporter et à post-traiter des gaz d’échappement. Cette ligne d’échappement 1 comprend une conduite étanche s’étendant depuis une entrée 2, connectable à un moteur M thermique à combustion interne, jusqu’à une sortie 3 débouchant à l’air libre. Le sens de circulation des gaz d’échappement, de l’amont vers l’aval, correspond à un sens allant de l’entrée 2 à la sortie 3. Selon une caractéristique, cette ligne d’échappement 1 comprend, de l’amont vers l’aval, une disjonction D, donnant naissance à deux branches : une première branche 7 et une deuxième branche 8, en dérivation l’une de l’autre et à l’aval de la disjonction D. La ligne d’échappement 1 comprend encore, plus à l’aval, une jonction J réunissant la première branche 7 et la deuxième branche 8 à leur aval. La ligne d’échappement 1 comprend encore, en sortie, à l’aval de la jonction J, une troisième branche 9. La ligne d’échappement 1 comprend encore un premier catalyseur 5, afin de traiter les polluants. Ce premier catalyseur 5 est plus particulièrement destiné à fonctionner en phase de démarrage du moteur M. La ligne d’échappement 1 comprend encore un élément chauffant 4. Cet élément chauffant 4 est destiné à (pré)chauffer le premier catalyseur 5. Aussi, l’élément chauffant 4 est disposé à l’amont du premier catalyseur 5, préférentiellement à l’amont immédiat. Selon une caractéristique importante, la ligne d’échappement 1 forme un circuit permettant de sélectivement isoler l’élément chauffant 4. Ainsi, dans une phase de démarrage du moteur M, tous les gaz d’échappement traversent l’élément chauffant 4 et le premier catalyseur 5. Au contraire, hors de la phase de démarrage et plus particulièrement lors de phases de forte charge du moteur M, l’élément chauffant 4 est isolé et ne voit passer aucune circulation de gaz d’échappement. Pour cela, l’élément chauffant 4 est disposé sur une des deux branches 7, 8. Pour simplifier le propos, il est considéré, dans la suite, qu’il s’agit de la première branche 7. La ligne d’échappement 1 comprend encore une première vanne 10, 11 apte à sélectivement permettre ou empêcher une circulation des gaz d’échappement dans ladite première branche 7. Aussi, lorsque la première vanne 10, 11 permet la circulation dans la première branche 7, les gaz d’échappement circulent dans la première branche 7, au travers de l’élément chauffant 4. Au contraire, lorsque la première vanne 10, 11 empêche la circulation dans la première branche 7, les gaz d’échappement circulent dans la deuxième branche 8, en évitant l’élément chauffant 4 qui se trouve ainsi isolé et préservé. Le premier catalyseur 5 est toujours disposé à l’aval de l’élément chauffant 4. Deux configurations sont ici possibles. Selon une configuration illustrée à la , le premier catalyseur 5 est disposé dans la troisième branche 9. Aussi, il n’est pas isolé et est toujours traversé par les gaz d’échappement. Ceci est avantageux en ce que le premier catalyseur 5 est toujours actif et contribue en permanence à la dépollution. Selon une autre configuration illustrée à la , le premier catalyseur 5 est disposé dans la même branche que l’élément chauffant 4, à savoir la première branche 7. Aussi il est isolé en même temps que l’élément chauffant 4. Cette configuration est avantageuse en ce que la première vanne 10, 11 ne sépare pas l’élément chauffant 4 du premier catalyseur 5. Aussi, le premier catalyseur 5 est avantageusement disposé au plus près de l’élément chauffant 4 et peut ainsi être (pré)chauffé le plus rapidement possible. Selon une autre caractéristique, la première vanne 10, 11 peut être de type « tout ou rien ». Un tel mode de réalisation présente l’avantage de réduire le coût. Dans ce cas, la sélection de circulation des gaz d’échappement dans la première branche 7, ou pas, s’effectue de manière binaire. Alternativement, et de manière préférentielle, la première vanne 10, 11 est de type « proportionnel ». Ceci permet de réaliser une sélection progressive entre les première et deuxième branches 7, 8 et de fonctionner le cas échéant avec des modes partiels : par exemple 40 % des gaz d’échappement circulant dans la première branche 7. La première vanne 10, 11 peut être réalisée selon au moins deux modes de réalisation. Selon un premier mode de réalisation, la première vanne 10, 11 est de type « trois voies ». Telle qu’illustrée à la , une telle vanne « trois voies » 10 est disposée à la jonction J ou à la disjonction D. Une telle vanne « trois voies » 10 peut ouvrir les deux branches 7, 8, ouvrir uniquement la première branche 7 ou ouvrir uniquement la deuxième branche 8. Si la vanne « trois voies » 10 est de type « proportionnel », elle permet encore d’ouvrir, partiellement et indépendamment l’une de l’autre, chacune des deux branches 7, 8. Telle qu’illustrée à la , en trait pointillé, la vanne « trois voies » 10 peut être disposée à la disjonction D. Telle qu’illustrée à la , en trait plein, la vanne « trois voies » 10 est préférentiellement disposée à la jonction J. La disposition à la jonction J est avantageuse en ce que, plus distante du moteur M, elle permet de réduire les températures subies par la vanne « trois voies » 10, et permet ainsi de simplifier la conception de cette vanne « trois voies » 10 en réduisant les contraintes thermiques, afin d’en réduire le coût. Selon un deuxième mode de réalisation, alternatif ou éventuellement complémentaire du précédent, la première vanne 10, 11 est de type « une voie ». Telle qu’illustrée à la , une telle vanne « une voie » 11 est disposée dans la première branche 7. Cette disposition peut être quelconque, dans toute la première branche 7. Comme illustré en trait pointillé la vanne « une voie » 11 peut être disposée au début de la première branche 7 immédiatement après la disjonction D, ou encore entre les composants présents sur la première branche 7. Selon une configuration préférentielle, illustrée en trait plein, la vanne « une voie » 11 est avantageusement disposée le plus à l’aval possible dans la première branche 7, soit à l’immédiat amont de la jonction J. Cette configuration est avantageuse, en ce que, comme précédemment, elle permet de réduire les températures et donc les contraintes thermiques subies par la vanne « une voie » 11 et ainsi simplifier sa conception et réduire son coût. Quelle que soit son type ou sa disposition, la première vanne 10, 11 est préférablement une vanne à faible inertie thermique. Il a été vu que la fonction de l’élément chauffant 4 est de préchauffer et/ou de chauffer le premier catalyseur 5 le plus rapidement possible, afin de lui permettre d’atteindre le plus rapidement possible sa température opérationnelle. Afin d’optimiser cette fonction, le premier catalyseur 5 est réalisé de manière à présenter une faible inertie thermique. Pour cela, le premier catalyseur 5 peut être réalisé plus petit : avec un volume moindre, son inertie thermique diminue. Il est encore possible de modifier les céramiques actives, leur type, leur densité, leur épaisseur de paroi cellulaire afin de réduire l’inertie thermique des céramiques. De plus, dans les configurations où le premier catalyseur 5 est disposé sur la première branche 7, est isolé et ne voit plus les gaz d’échappement hors de la phase de démarrage, il est possible de réduire sa section de passage afin de l’adapter aux faibles volumes de gaz d’échappement présents en phase de démarrage. L’adaptation du premier catalyseur 5 pour le spécialiser dans la phase de démarrage, par réduction de taille, par réduction d’inertie thermique, peut le rendre insuffisant à traiter les gaz d’échappement en phase de forte charge. De même, dans les configurations où le premier catalyseur 5 peut être isolé, tel qu’illustré à la , il convient d’ajouter un composant de dépollution des gaz d’échappement. Aussi, selon une autre caractéristique, la ligne d’échappement 1 comprend encore un deuxième catalyseur 6. Plusieurs dispositions sont possibles pour le deuxième catalyseur 6. Tel qu’illustré aux figures 5 et 8, il peut être disposé dans la deuxième branche 8. Tel qu’illustré aux figures 6 ou 7, il peut être disposé dans la troisième branche 9. Les configurations où le deuxième catalyseur 6 est disposé dans la troisième branche 9 sont avantageuses en ce que le deuxième catalyseur 6 est toujours en ligne avec l’élément chauffant 4 et profite ainsi de son chauffage pour atteindre sa température opérationnelle. Dans ces configurations, le deuxième catalyseur 6 est préférentiellement disposé à l’aval du premier catalyseur 5, afin de ne pas éloigner le premier catalyseur 5 de l’élément chauffant 4. Selon une autre caractéristique, la ligne d’échappement 1 comprend encore une deuxième vanne 12, disposée dans la deuxième branche 8. La fonction de la deuxième vanne 12 est principalement de créer une contre-pression dans la deuxième branche 8, afin de garantir une orientation préférentielle des gaz d’échappement vers la première branche 7. Cette deuxième vanne 12 est une vanne « une voie ». Elle peut être de type « tout ou rien ». Cependant, afin de permettre un réglage précis de la contre-pression la deuxième vanne 12 est préférentiellement de type « proportionnel ». A l’instar de la première vanne « une voie » 11, la disposition de la deuxième vanne 12 peut être quelconque, dans toute la deuxième branche 8, de la disjonction D à la jonction J. Comme illustré aux figures 3, 4, en trait pointillé, la deuxième vanne 12 peut être disposée au début de la deuxième branche 8 immédiatement après la disjonction D, ou encore en tout point de la deuxième branche 8. Selon une configuration préférentielle, illustrée aux figures 3, 4, en trait plein, la deuxième vanne 12 est avantageusement disposée le plus à l’aval possible dans la deuxième branche 8, soit à l’immédiat amont de la jonction J. Cette configuration est avantageuse, en ce que, comme précédemment, elle permet de réduire les températures et donc les contraintes thermiques subies par la deuxième vanne 12. Ceci permet avantageusement de simplifier sa conception et de réduire son coût. Une telle deuxième vanne 12 peut être combinée avec une première vanne « une voie » 11 ou avec une première vanne « trois voies » 10. Selon une autre caractéristique, l’élément chauffant 4 est du type à chauffage électrique. Selon un mode de réalisation, il comprend une grille métallique chauffante ou encore une mousse métallique chauffante. Il va de soi que toutes les configurations de vannes 10, 11, 12 et de disposition des différents composants 4, 5, 6 sont toutes combinables, sauf stipulation contraire. L’invention concerne encore un procédé de commande d’une telle ligne d’échappement 1. Le procédé de commande comprend au moins deux modes de fonctionnement. Dans un premier mode de fonctionnement, le procédé commande la première vanne 10, 11 de manière à permettre une circulation des gaz d’échappement dans la première branche 7. Ce premier mode est utilisé au moins en phase de démarrage. Dans un deuxième mode de fonctionnement, le procédé commande la première vanne 10, 11 de manière à empêcher une circulation des gaz d’échappement dans la première branche 7, afin d’isoler l’élément chauffant 4. Ce deuxième mode est utilisé au moins en phase de forte charge. Un tel procédé commande encore la deuxième vanne 12 en fonction des modes et des commandes de la première vanne 10, 11. Un tel procédé est avantageusement intégré à un contrôle moteur pilotant le fonctionnement d’un moteur M. L’invention concerne encore un véhicule comprenant une telle ligne d’échappement 1. L’invention a été illustrée et décrite en détail dans les dessins et la description précédente. Celle-ci doit être considérée comme illustrative et donnée à titre d’exemple et non comme limitant l’invention à cette seule description. De nombreuses variantes de réalisation sont possibles. Ligne d’échappement (1) apte à transporter et à post-traiter des gaz d’échappement, s’étendant depuis une entrée (2), connectable à un moteur (M) thermique à combustion interne, jusqu’à une sortie (3) débouchant à l’air libre, caractérisé en ce qu’ elle comprend, de l’amont vers l’aval, une disjonction (D), une première branche (7) et une deuxième branche (8) en dérivation l’une de l’autre et à l’aval de la disjonction (D), une jonction (J) réunissant la première branche (7) et la deuxième branche (8) à leur aval, une troisième branche (9) à l’aval de la jonction (J), un élément chauffant (4) disposé dans la première branche (7), un premier catalyseur (5) disposé à l’aval de l’élément chauffant (4) et une première vanne (10, 11) apte à sélectivement permettre ou empêcher une circulation des gaz d’échappement dans la première branche (7). Ligne d’échappement (1) selon la revendication précédente, où le premier catalyseur (5) est disposé dans la première branche (7) ou dans la troisième branche (9). Ligne d’échappement (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où la première vanne (10, 11) est de type « tout ou rien », ou préférentiellement de type « proportionnel ». Ligne d’échappement (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où la première vanne (10, 11) comprend une vanne « trois voies » (10) disposée à la disjonction (D) ou préférentiellement à la jonction (J). Ligne d’échappement (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, où la première vanne (10, 11) est une vanne « une voie » (11) disposée dans la première branche (7), de préférence le plus à l’aval possible. Ligne d’échappement (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes où le premier catalyseur (5) présente une faible inertie thermique . Ligne d’échappement (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant encore un deuxième catalyseur (6), disposé dans la deuxième branche (8) ou dans la troisième branche (9) préférentiellement à l’aval du premier catalyseur (5). Ligne d’échappement (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant encore une deuxième vanne (12), disposée dans la deuxième branche (8). Ligne d’échappement (1) selon la revendication précédente, où la deuxième vanne (12) est du type « tout ou rien », ou préférentiellement de type « proportionnel ». Procédé de commande d’une ligne d’échappement (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant deux modes de fonctionnement : un premier mode de fonctionnement, dans lequel la première vanne (10, 11) est commandée pour permettre une circulation des gaz d’échappement dans la première branche (7), utilisé au moins en phase de démarrage, et un deuxième mode de fonctionnement, dans lequel la première vanne (10, 11) est commandée pour empêcher une circulation des gaz d’échappement dans la première branche (7) et isoler l’élément chauffant (4) utilisé au moins en phase de forte charge.