EP0953741A1 - Pot catalytique et de traitement acoustique d'une ligne d'échappement à double flux - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a catalytic converter and acoustic treatment a double flow exhaust line.
- Such exhaust lines have two exhaust ducts which run in parallel over a length which should generally be as large as possible and are called dual exhaust lines flux.
- the exhaust systems of motor vehicles must include exhaust gas cleaning devices such as catalytic converters and sound treatment devices for gases such as mufflers, to reduce exhaust noise, or such than interference devices, to improve engine performance.
- exhaust gas cleaning devices such as catalytic converters and sound treatment devices for gases such as mufflers, to reduce exhaust noise, or such than interference devices, to improve engine performance.
- the exhaust lines of internal combustion engines can therefore have a complex structure and a large size, particularly in the case of double flow lines. It is therefore necessary to provide under the vehicle floor, a space extending in the direction longitudinal of the vehicle, called tunnel, in which the conduits are housed and the active components of the exhaust system. Because it takes provide a ground clearance of the motor vehicle greater than a certain fixed limit, the tunnel can be projecting over a relatively high important inside the passenger compartment of the motor vehicle.
- the object of the invention is therefore to propose a catalytic converter and acoustic treatment of an exhaust line with two parallel conduits ensuring the arrival at the catalytic converter of a first and a second flow of gas from an internal combustion engine which is the most compact possible and which ensures effective catalytic and acoustic treatment of gas as well as protection of the components of the exhaust line.
- the following catalytic converter and acoustic treatment comprises, inside a first section of a metal casing outside of the catalytic converter, between an inlet end of the envelope and a central zone, a first catalyst and a first muffler and, in a second section of the envelope, between the middle zone and a casing outlet end, a second catalyst and a second muffler, as well as means for holding catalysts and mufflers in the metal casing and means for channeling the flows gaseous connected to catalysts, silencers and exhaust pipes, so as to impose on the first gas flow a circulation path inside the envelope successively crossing the first catalyst and the second silencer and the second gas flow, a course of circulation successively passing through the first silencer and the second catalyst.
- Figure 1 is a perspective view of part of the line dual flow exhaust including catalytic converter and treatment acoustic.
- FIG. 2 is an exploded perspective view of the catalytic converter and acoustic treatment according to a first embodiment.
- FIG. 3 is a view in longitudinal section of the catalytic converter and acoustic treatment according to a second embodiment.
- Figure 4 is a perspective view of an end cover of the pot shown in one of Figures 2 and 3.
- Figure 5 is a perspective view of a holding cup a catalyst and a silencer in the envelope of the pot and guiding gas flow.
- Figure 6 is a perspective view of a cup constituting a partition of the first and second sections of the catalytic converter.
- the dual-flow exhaust line includes two conduits 2a, 2b, connected at one of their ends (in the direction of the arrow 3) to the exhaust pipes of an internal combustion engine.
- each of the conduits 2a and 2b can be connected to three pipes exhaust of three cylinders from a cylinder line of an engine V6.
- the exhaust line 1 further comprises a catalytic converter and acoustic treatment according to the invention, designated by the reference 4.
- the conduits exhaust 2a and 2b lead into an inlet portion of the pot 4.
- Des exhaust ducts 5a and 5b connected to the outlet of the pot 4 run at parallel to a fitting 6 allowing the flows transported by the two conduits 5a and 5b in the form of a single flow opening into a terminal part 7 of the exhaust line.
- the length of the part of the dual flow exhaust line between the engine manifolds and the fitting 6 is determined, taking into account the characteristics of pot 4, to optimize the acoustic behavior of gases exhaust and engine performance.
- the pot 4 comprises a metallic external envelope 8 of generally cylindrical shape closed at its ends by a first cup 8a closing the inlet part of the casing 8 and by a second cup 8b closing the outlet part of the envelope 8.
- the cups 8a and 8b are crimped onto the end parts of the cylindrical casing 8.
- the two inlet conduits 2a and 2b pass through the cup 8a to lead to the inside of the pot 4, by means of tips 9a and 9b of cylindrical or cylindrical-frustoconical shape projecting outwards from the cup 8a.
- the conduits 5a and 5b open into the volume internal of the pot 4, by means of tips 10a and 10b of cylindro-frustoconical shape projecting outwards from the cup 8b.
- FIGS. 2 and 3 which represent the pot 4 according to the invention, in a first embodiment and in a second embodiment, respectively, the corresponding elements have been designated by the same references.
- the outer casing 8 of the pot is constituted by a cylindrical steel ferrule closed at its ends by an inlet cup 8a and an outlet cup 8b.
- the internal volume of the envelope 8 of the pot 4 is divided into a first section 11a and in a second section 11b, by a partition 12 constituted by a cup fixed inside the envelope 8, in an inclined arrangement at an angle other than 90 °, relative to the longitudinal axis of the pot 4.
- the section 11a disposed on the side of the inlet of the pot 4 is between the inlet cup 8a and the inclined cup 12.
- the second section or section outlet 11b is between the inclined cup 12 and the cup exit 8b.
- a first catalyst 14a and a first silencer 15a inside the inlet section 11a of the pot 4 are arranged inside the inlet section 11a of the pot 4 .
- a first silencer 15a inside the inlet section 11a of the pot 4 are arranged inside the inlet section 11a of the pot 4 .
- the second section 11b, or outlet section of the pot 4 contains a second catalyst 14b and a second silencer 15b (in the case of the first embodiment shown in Figure 2) or 15'b (in the case of the second embodiment shown in Figure 3).
- the first section 11a and the second section 11b of the catalytic converter are identical with regard to the mounting of the silencers and catalysts in envelope 8 and are placed in the extension of one another, in a reverse layout.
- Catalysts 14a and 14b and silencers 15a and 15b or 15'a and 15'b are held inside the casing 8, by respective cups 13a and 13b at their ends near the inlet end and the outlet end of the pot 4, respectively.
- Catalysts 14a and 14b and silencers 15a and 15b or 15'a and 15'b are also held in the casing 8, at their opposite ends at the inlet or outlet of pot 4, respectively, by spacers respective which may be constituted by cups 16a and 16b.
- Catalysts 14a and 14b and silencers 15a and 15b or 15'a and 15'b have a generally cylindrical or tubular shape and are arranged inside the casing 8 so that the first catalyst 14a and the second silencer 15b or 15'b are located in the extension one of the other in the longitudinal direction of the pot 4 along which the first circulates exhaust gas flow diagrammed by arrows 17a.
- first silencer 15a or 15'a and the second catalyst 14b are arranged in the extension of one another, in the direction longitudinal circulation of the second flow of exhaust gas shown diagrammatically by arrows 17b.
- the cups 8a, 8b, 13a, 13b and 12 can be produced by cutting and stamping of a metal flank or in mechanically welded form, by attaching and fixing by welding to a metal sidewall having a stamped peripheral part, cylindrical shaped tips or cylindrical-frustoconical, according to openings cut in the side metallic.
- the cups 8a and 8b have a cylindrical peripheral edge for connection to the casing 8, a cylindrical-frustoconical end piece 9a (or 10b) and a cylindrical end piece 9b (or 10a) which project on the same side of the cup wall.
- the cups 13a and 13b have an outer peripheral edge of cylindrical shape for fixing the cup on the inner surface of the casing 8, a cylindrical-frustoconical end piece 18a (or 19b) and a tip cylindrical 18b (or 19a) projecting on either side of the wall of the cup.
- the cup 12 has an elliptical wall and, around its wall, a peripheral edge having the shape of a cylinder section between two planes inclined with respect to to the cylinder axis, through which the cup 12 can be fixed inside the cylindrical casing 8 of the pot 4, in an arrangement inclined relative to the axis of the cylindrical casing 8, at a different angle 90 °.
- the cup 12 has two end caps cylindrical-frustoconical 20a and 20b projecting on either side of the wall of the cup 12.
- the cups 16a and 16b serving as spacers for maintaining the catalysts and silencers each have a peripheral edge of attachment to the inner surface of the casing 8, an opening and a nozzle of engagement and maintenance of a catalyst and an opening and a tip for engaging and holding a silencer.
- Catalysts 14a and 14b each consist of a catalyst body substantially cylindrical with channels covered with precious metal with catalytic functions and a metal shell cylindrical surrounding the lateral surface of the catalyst body.
- One of the end faces of the catalyst body constitutes a face inlet and opposite side an outlet side of the gases passing through the catalyst in its axial direction, as shown by the arrows 17a and 17b.
- the cup 13a or 13b for holding the inlet end or the outlet end of the catalyst 14a or 14b, respectively has a tapered end piece 18a or 19b which is arranged inside the end piece frustoconical 9a or 10b of the end cup 8a or 8b (with a certain spacing) and which also receives the end of the inlet duct 2a of the first flow line or the outlet conduit 5b of the second line of stream, respectively.
- the first flow 17a of exhaust gas enters in the catalyst 14a by its entry face, being guided by the nozzle frustoconical 18a.
- the second exhaust gas flow 17b leaves the second catalyst 14b by the outlet face of the catalyst being guided by the frustoconical end 19b of the cup 13b, to reach the conduit 5b outlet which is engaged in the cylindrical end of the nozzle 19b.
- the frustoconical ends 9a and 18a on the one hand and 10b and 19b on the other hand, which are placed one inside the other with a certain spacing, constitute a double wall surrounding the gas inlet or outlet first or second flow exhaust.
- the double wall thus formed insulates the first flow or the second gas flow exhaust on entering or leaving the catalytic converter 4.
- the frustoconical tips 18a and 19b of guidance of the exhaust gases at their entry or exit can be made in one piece with the corresponding cups 13a and 13b, in a stamping or independently formed manufacturing process and attached to the cups 13a and 13b at the level of the openings having a diameter substantially equal to the outside diameter of the catalyst. It is also possible to provide end caps 18a and 18b of form frustoconical formed by an end portion of the cylindrical envelope external of catalysts 14a and 14b.
- the silencers 15a and 15b consist of a cylindrical body on which is placed in derivation, piping, respectively 21a and 21b opening into the internal space of section 11a or 11b of the casing 8 of the pot 4 which constitutes a volume depreciation.
- the bypass piping 21a of the silencer 15a is connected to the outlet part of the body of the silencer 15a placed in the first section 11a and the pipe 21b of the silencer 15b is fixed to the part of the main body of the silencer 15b placed in the second section 11b of pot 4.
- the volume of acoustic damping consists of the volume of the section 11a (or 11b) formed around the catalyst 14a (or 14b) and the corresponding silencer body 15a (or 15b) which do not fill all the internal space of the first and second sections from pot 4.
- the silencer constitutes a resonator.
- the first 15'a muffler and the second 15'b muffler consist of a tubular body whose wall is traversed by a plurality of circular openings 22a (or 22b).
- the openings 22a or 22b put in communication the internal space of the tubular body of the silencer in which the second circulates or the first exhaust gas flow, with the part of the internal volume of the first section 11a or of the second section 11b of the casing 8 of the pot 4, outside the catalyst 14a (or 14b) and the corresponding silencer.
- This part of the internal space of the first or second section of the pot 4 constitutes an acoustic damping volume.
- the catalysts and the bodies of the silencers are engaged by their end parts respectively opposite to their entry part or to their outlet part, in openings and ends of the holding cups 16a and 16b.
- the outlet end portion of the tubular body of the muffler 15'a and the inlet part of the tubular body of the silencer 15'b are engaged and crimped in the respective frustoconical ends 20b and 20a of the cup 12 separating the sections 11a and 11b from the pot 4.
- the exhaust gases from the first gas flow 17a are received in a collector whose volume expansion results from the inclination of the cup 12 and the presence of the frustoconical end piece 20a, then penetrate inside the body of the silencer 15b (or 15'b).
- the exhaust gases from the second gas flow 17b penetrate, at the outlet of the body of the silencer 15a (or 15'a) in a collector, before entering the second catalyst 14b.
- the entry end of the tubular body of the first muffler (15a, 15'a) is engaged directly on the end of the inlet pipe (2b) of the second gas flow (17b) in the pot (4) and the outlet end of the body tubular second silencer (15b, 15'b) is engaged directly on the outlet pipe (5a) of the first gas flow (17a).
- the gases of the first flow 17a are guided so as to pass through first the first catalyst 14a then the second silencer 15b (or 15'b).
- the gases of the second exhaust gas flow 17b pass successively the first silencer 15a (or 15'a) and the second catalyst 14b.
- the first exhaust stream undergoes inside the pot 4 a treatment for removing pollutants and an acoustic treatment, following a sequence reversed with respect to the second stream.
- the pot 4 In order to improve the conditions for the elimination treatment of pollutants in contact with the catalysts, it may be advantageous to place the pot 4 as close as possible to the exhaust gas outlet pipes of the motor, which can be easily achieved due to the compactness of the pot 4 and also due to the fact that pot 4 is double flow and that at the outlet of pot 4, the exhaust gases are also taken up by two conduits running in parallel.
- Optimizing acoustic chords allows gain engine torque, in particular in the vicinity of the speeds for which a decrease in the torque is observed, that is to say in the vicinity of 2000 and 3000 rpm.
- the pot 4 according to the invention makes it possible to carry out a treatment very effective attenuation acoustics for exhaust gas flows.
- the entry and exit cones exhaust gas outlet in the catalysts are double walled, this which limits the emission of noise from exhaust gas flows.
- catalysts 14a and 14b which are located entirely at inside the metal casing 8 of the pot 4, are protected against thermal shock or corrosive attack that occurs when the metal shell of the catalyst is likely to come into direct contact with the external environment in which the motor vehicle circulates. This therefore increases the strength of the metal casings of the catalysts.
- the device according to the invention brings together in a small volume the components required for anti-pollutant treatment and treatment acoustics of exhaust gas flows.
- the catalytic converter and acoustic treatment according to the invention can be carried out with a number of stamped and welded parts reduced, compared to an exhaust line classic. This gives a very good price-performance ratio during manufacture of the pot according to the invention. We also get a weight gain of 10 to 15%, for the entire exhaust line, compared to one line classic dual flow exhaust.
- the end cups and internal cups for holding the catalysts and silencers can be made in a different form.
- the silencers can be of any type.
- catalytic converter and acoustic treatment according to the invention can be used on any type of motor vehicle with a line dual flow exhaust.
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Abstract
Le pot catalytique (4) comporte, à l'intérieur d'un premier tronçon (11a) d'une enveloppe métallique (8) externe, entre une extrémité d'entrée de l'enveloppe (8) et une zone médiane, un premier catalyseur (14a) et un premier silencieux (15'a) et dans un second tronçon (11b) de l'enveloppe (8), entre la zone médiane et une extrémité de sortie de l'enveloppe (8), un second catalyseur (14b) et un second silencieux (15'b), ainsi que des moyens (13a, 13b, 16a, 16b) de maintien des catalyseurs (14a, 14b) et des silencieux (15'a, 15'b) dans l'enveloppe métallique (8) et des moyens (18a, 19b, 20a, 20b) de canalisation des flux gazeux (17a, 17b), connectés aux catalyseurs (14a, 14b), aux silencieux (15'a, 15'b) et aux conduits de la ligne d'échappement (2a, 2b, 5a, 5b), de manière à imposer au premier flux gazeux (17a) un parcours de circulation à l'intérieur de l'enveloppe (8) traversant successivement le premier catalyseur (14a) et le second silencieux (15'b) et au second flux gazeux (17b), un parcours de circulation traversant successivement le premier silencieux (15'a) et le second catalyseur (14b). <IMAGE>
Description
L'invention concerne un pot catalytique et de traitement acoustique
d'une ligne d'échappement à double flux.
Pour améliorer les performances des moteurs à combustion interne
des véhicules automobiles, on a cherché à favoriser le remplissage à l'admission
et la vidange à l'échappement des cylindres des moteurs par des
effets acoustiques, ou tout au moins à limiter les effets défavorables sur les
performances, d'une transmission d'une onde de pression à l'échappement,
entre les cylindres des moteurs.
Pour cela, on a proposé de raccorder entre elles les tubulures
d'échappement des cylindres, selon une configuration déterminée, pour les
faire déboucher dans deux conduits distincts qui sont eux-mêmes réunis en
un seul conduit après un certain parcours. Par exemple, dans le cas des
moteurs à quatre cylindres, on peut raccorder entre elles les tubulures
d'échappement des cylindres 1 et 3 d'une part et 2 et 4 d'autre part. Dans le
cas des moteurs à six cylindres en V, on a proposé de raccorder entre elles
les tubulures des cylindres de chacune des lignes de cylindres.
De telles lignes d'échappement comportent deux conduits d'échappement
qui cheminent en parallèle sur une longueur qui doit être généralement
la plus grande possible et sont appelées lignes d'échappement à double
flux.
En outre, les lignes d'échappement des véhicules automobiles doivent
comporter des dispositifs d'épuration des gaz d'échappement tels que
des pots catalytiques et des dispositifs de traitement acoustique des flux de
gaz tels que des silencieux, pour réduire les bruits à l'échappement, ou tels
que des dispositifs à interférence, pour améliorer les performances du moteur.
Les lignes d'échappement des moteurs à combustion interne peuvent
donc présenter une structure complexe et un encombrement important, en
particulier dans le cas des lignes à double flux. Il est donc nécessaire de
prévoir sous le plancher du véhicule, un espace s'étendant suivant la direction
longitudinale du véhicule, appelé tunnel, dans lequel sont logés les conduits
et les composants actifs de la ligne d'échappement. Du fait qu'il faut
prévoir une garde au sol du véhicule automobile supérieure à une certaine
limite fixée, le tunnel peut se trouver en saillie sur une hauteur relativement
importante à l'intérieur de l'habitacle du véhicule automobile.
Il est souhaitable, en particulier dans le cas des véhicules haut de
gamme, d'avoir un plancher le plus plat possible, pour améliorer le confort
des passagers, en particulier à l'arrière du véhicule. Il est donc souhaitable
de supprimer le tunnel ou tout au moins de réduire le plus possible la hauteur
de la partie en saillie du plancher délimitant le tunnel.
Dans le cas des lignes d'échappement à double flux, en particulier, il
est nécessaire de réduire le plus possible l'encombrement des composants
de la ligne d'échappement, tout en préservant les performances de la ligne
d'échappement quant à l'élimination des polluants et les traitements acoustiques
des gaz d'échappement et en assurant une bonne protection de ces
composants.
Le but de l'invention est donc de proposer un pot catalytique et de
traitement acoustique d'une ligne d'échappement à deux conduits en parallèle
assurant l'arrivée au pot catalytique d'un premier et d'un second flux de
gaz provenant d'un moteur à combustion interne qui soit le plus compact
possible et qui assure un traitement catalytique et acoustique efficace des
gaz ainsi qu'une protection des composants de la ligne d'échappement.
Dans ce but, le pot catalytique et de traitement acoustique suivant
l'invention comporte, à l'intérieur d'un premier tronçon d'une enveloppe métallique
externe du pot catalytique, entre une extrémité d'entrée de
l'enveloppe et une zone médiane, un premier catalyseur et un premier silencieux
et, dans un second tronçon de l'enveloppe, entre la zone médiane et
une extrémité de sortie de l'enveloppe, un second catalyseur et un second
silencieux, ainsi que des moyens de maintien des catalyseurs et des silencieux
dans l'enveloppe métallique et des moyens de canalisation des flux
gazeux connectés aux catalyseurs, aux silencieux et aux conduits d'échappement,
de manière à imposer au premier flux gazeux un parcours de circulation
à l'intérieur de l'enveloppe traversant successivement le premier
catalyseur et le second silencieux et au second flux gazeux, un parcours de
circulation traversant successivement le premier silencieux et le second catalyseur.
Afin de bien faire comprendre l'invention, on va décrire à titre
d'exemple, en se référant aux figures jointes en annexe, un mode de réalisation
d'un pot catalytique et de traitement acoustique pour une ligne
d'échappement à double flux, suivant l'invention.
La figure 1 est une vue en perspective d'une partie de la ligne
d'échappement à double flux comportant le pot catalytique et de traitement
acoustique.
La figure 2 est une vue en perspective éclatée du pot catalytique et
de traitement acoustique selon un premier mode de réalisation.
La figure 3 est une vue en coupe longitudinale du pot catalytique et
de traitement acoustique selon un second mode de réalisation.
La figure 4 est une vue en perspective d'un couvercle d'extrémité du
pot représenté sur l'une des figures 2 et 3.
La figure 5 est une vue en perspective d'une coupelle de maintien
d'un catalyseur et d'un silencieux dans l'enveloppe du pot et de guidage des
flux gazeux.
La figure 6 est une vue en perspective d'une coupelle constituant une
cloison de séparation du premier et du second tronçons du pot catalytique.
Sur la figure 1, on voit une partie d'une ligne d'échappement à double
flux d'un véhicule automobile désignée de manière générale par le repère 1.
La ligne d'échappement à double flux, ou ligne bi-tube, comporte
deux conduits 2a, 2b, reliés à l'une de leurs extrémités (dans le sens de la
flèche 3) aux tubulures d'échappement d'un moteur à combustion interne.
Par exemple, chacun des conduits 2a et 2b peut être connecté à trois tubulures
d'échappement de trois cylindres d'une ligne de cylindres d'un moteur
V6.
La ligne d'échappement 1 comporte de plus un pot catalytique et de
traitement acoustique selon l'invention, désigné par le repère 4. Les conduits
d'échappement 2a et 2b débouchent dans une partie d'entrée du pot 4. Des
conduits d'échappement 5a et 5b reliés à la sortie du pot 4 cheminent en
parallèle jusqu'à un raccord 6 permettant de réunir les flux transportés par
les deux conduits 5a et 5b sous la forme d'un flux unique débouchant dans
une partie terminale 7 de la ligne d'échappement.
La longueur de la partie de la ligne d'échappement à double flux entre
les tubulures du moteur et le raccord 6 est déterminée, compte tenu des caractéristiques
du pot 4, pour optimiser le comportement acoustique des gaz
d'échappement et le rendement du moteur.
Le pot 4 selon l'invention comporte une enveloppe externe métallique
8 de forme globalement cylindrique fermée à ses extrémités par une première
coupelle 8a fermant la partie d'entrée de l'enveloppe 8 et par une seconde
coupelle 8b fermant la partie de sortie de l'enveloppe 8. Les coupelles
8a et 8b sont serties sur les parties d'extrémité de l'enveloppe cylindrique 8.
Les deux conduits d'arrivée 2a et 2b traversent la coupelle 8a pour
déboucher à l'intérieur du pot 4, par l'intermédiaire d'embouts 9a et 9b de
forme cylindrique ou cylindro-tronconique en saillie vers l'extérieur de la
coupelle 8a. De même, les conduits 5a et 5b débouchent dans le volume
interne du pot 4, par l'intermédiaire d'embouts 10a et 10b de forme cylindro-tronconique
en saillie vers l'extérieur de la coupelle 8b.
Sur les figures 2 et 3, qui représentent le pot 4 suivant l'invention,
dans un premier mode et dans un second mode de réalisation, respectivement,
les éléments correspondants ont été désignés par les mêmes repères.
Dans les deux modes de réalisation, l'enveloppe externe 8 du pot est
constituée par une virole cylindrique en acier fermée à ses extrémités par
une coupelle d'entrée 8a et une coupelle de sortie 8b.
Le volume interne de l'enveloppe 8 du pot 4 est divisé en un premier
tronçon 11a et en un second tronçon 11b, par une cloison 12 constituée par
une coupelle fixée à l'intérieur de l'enveloppe 8, dans une disposition inclinée
d'un angle différent de 90°, par rapport à l'axe longitudinal du pot 4.
Le tronçon 11a disposé du côté de l'entrée du pot 4 est compris entre
la coupelle d'entrée 8a et la coupelle inclinée 12. Le second tronçon ou tronçon
de sortie 11b est compris entre la coupelle inclinée 12 et la coupelle de
sortie 8b.
A l'intérieur du tronçon d'entrée 11a du pot 4 sont disposés un premier
catalyseur 14a et un premier silencieux 15a (dans le cas du premier
mode de réalisation représenté sur la figure 2) ou 15'a (dans le cas du second
mode de réalisation représenté sur la figure 3). En effet, les deux modes
de réalisation du pot 4 ne diffèrent que par la réalisation des silencieux,
comme il sera expliqué plus loin.
Le second tronçon 11b, ou tronçon de sortie du pot 4, renferme un
second catalyseur 14b et un second silencieux 15b (dans le cas du premier
mode de réalisation représenté sur la figure 2) ou 15'b (dans le cas du second
mode de réalisation représenté sur la figure 3).
Le premier tronçon 11a et le second tronçon 11b du pot catalytique
sont identiques quant au montage des silencieux et catalyseurs dans
l'enveloppe 8 et sont placés dans le prolongement l'un de l'autre, dans une
disposition inversée.
Les catalyseurs 14a et 14b et les silencieux 15a et 15b ou 15'a et
15'b sont maintenus à l'intérieur de l'enveloppe 8, par des coupelles respectives
13a et 13b à leurs extrémités voisines de l'extrémité d'entrée et de
l'extrémité de sortie du pot 4, respectivement.
Les catalyseurs 14a et 14b et les silencieux 15a et 15b ou 15'a et
15'b sont également maintenus dans l'enveloppe 8, à leurs extrémités opposées
à l'entrée ou à la sortie du pot 4, respectivement, par des entretoises
respectives qui peuvent être constituées par des coupelles 16a et 16b.
Les catalyseurs 14a et 14b et les silencieux 15a et 15b ou 15'a et
15'b présentent une forme générale cylindrique ou tubulaire et sont disposés
à l'intérieur de l'enveloppe 8 de manière que le premier catalyseur 14a et le
second silencieux 15b ou 15'b se trouvent dans le prolongement l'un de
l'autre dans la direction longitudinale du pot 4 suivant laquelle circule le premier
flux de gaz d'échappement schématisé par les flèches 17a.
De même, le premier silencieux 15a ou 15'a et le second catalyseur
14b sont disposés dans le prolongement l'un de l'autre, dans la direction
longitudinale de circulation du second flux de gaz d'échappement schématisé
par les flèches 17b.
La coupelle d'extrémité 8a (ou 8b), la coupelle de maintien d'entrée
13a (ou la coupelle de maintien de sortie 13b) et la coupelle inclinée 12
constituant la paroi intermédiaire du pot 4 ont été représentées respectivement
sur les figures 4, 5 et 6.
On se reportera à l'ensemble des figures 2, 3, 4, 5 et 6 pour décrire
les différentes coupelles du pot 4 ainsi que leur disposition sur le pot 4 et
leurs fonctions.
Les coupelles 8a, 8b, 13a, 13b et 12 peuvent être réalisées par découpage
et emboutissage d'un flanc métallique ou encore sous forme mécano-soudée,
en rapportant et en fixant par soudage sur un flanc métallique
ayant une partie périphérique emboutie, des embouts de forme cylindrique
ou cylindro-tronconique, suivant des ouvertures découpées dans le flanc
métallique.
Les coupelles 8a et 8b comportent un bord périphérique cylindrique
de raccordement à l'enveloppe 8, un embout cylindro-tronconique 9a (ou
10b) et un embout cylindrique 9b (ou 10a) qui sont en saillie sur un même
côté de la paroi de la coupelle.
Les coupelles 13a et 13b comportent un bord périphérique externe de
forme cylindrique pour la fixation de la coupelle sur la surface intérieure de
l'enveloppe 8, un embout cylindro-tronconique 18a (ou 19b) et un embout
cylindrique 18b (ou 19a) en saillie de part et d'autre de la paroi de la coupelle.
Comme il est visible sur les figures 2, 3 et 6, la coupelle 12 comporte
une paroi elliptique et, autour de sa paroi, un bord périphérique ayant la
forme d'une section de cylindre comprise entre deux plans inclinés par rapport
à l'axe du cylindre, par l'intermédiaire duquel la coupelle 12 peut être
fixée à l'intérieur de l'enveloppe cylindrique 8 du pot 4, dans une disposition
inclinée par rapport à l'axe de l'enveloppe cylindrique 8, d'un angle différent
de 90°.
Comme il est visible sur la figure 6, la coupelle 12 comporte deux embouts
cylindro-tronconiques 20a et 20b en saillie de part et d'autre de la paroi
de la coupelle 12.
Les coupelles 16a et 16b servant d'entretoises pour le maintien des
catalyseurs et des silencieux comportent chacune un bord périphérique de
fixation sur la surface intérieure de l'enveloppe 8, une ouverture et un embout
d'engagement et de maintien d'un catalyseur et une ouverture et un
embout d'engagement et de maintien d'un silencieux.
Les catalyseurs 14a et 14b sont constitués chacun par un corps catalyseur
sensiblement cylindrique comportant des canaux recouverts de
métal précieux ayant des fonctions catalytiques et une enveloppe métallique
cylindrique entourant la surface latérale du corps catalyseur.
L'une des faces d'extrémité du corps catalyseur constitue une face
d'entrée et la face opposée une face de sortie des gaz qui traversent le catalyseur
dans sa direction axiale, comme représenté par les flèches 17a et
17b.
Dans le mode de réalisation représenté en particulier aux figures 3 et
5, la coupelle 13a ou 13b de maintien de l'extrémité d'entrée ou de
l'extrémité de sortie du catalyseur 14a ou 14b, respectivement, comporte un
embout tronconique 18a ou 19b qui est disposé à l'intérieur de l'embout
tronconique 9a ou 10b de la coupelle d'extrémité 8a ou 8b (avec un certain
espacement) et qui reçoit d'autre part l'extrémité du conduit d'arrivée 2a de
la première ligne de flux ou le conduit de sortie 5b de la deuxième ligne de
flux, respectivement.
De cette manière, le premier flux 17a de gaz d'échappement pénètre
dans le catalyseur 14a par sa face d'entrée, en étant guidé par l'embout
tronconique 18a. Le second flux de gaz d'échappement 17b sort du second
catalyseur 14b par la face de sortie du catalyseur en étant guidé par
l'embout tronconique 19b de la coupelle 13b, pour parvenir dans le conduit
de sortie 5b qui est engagé dans l'extrémité cylindrique de l'embout 19b.
En outre, les embouts tronconiques 9a et 18a d'une part et 10b et 19b
d'autre part, qui sont placés l'un à l'intérieur de l'autre avec un certain espacement,
constituent une double paroi entourant l'arrivée ou la sortie du gaz
d'échappement du premier ou du second flux. La double paroi ainsi constituée
assure une isolation du premier flux ou du second flux de gaz
d'échappement à son entrée ou à sa sortie du pot catalytique 4.
Comme expliqué plus haut, les embouts tronconiques 18a et 19b de
guidage des gaz d'échappement à leur entrée ou à leur sortie peuvent être
réalisés d'une seule pièce avec les coupelles correspondantes 13a et 13b,
dans un procédé de fabrication par emboutissage ou encore formés indépendamment
et rapportés sur les coupelles 13a et 13b au niveau d'ouvertures
ayant un diamètre sensiblement égal au diamètre extérieur du catalyseur.
Il est également possible de prévoir des embouts 18a et 18b de forme
tronconique constitués par une partie d'extrémité de l'enveloppe cylindrique
externe des catalyseurs 14a et 14b.
Dans le cas du premier mode de réalisation du pot catalytique et de
traitement acoustique représenté sur la figure 2, les silencieux 15a et 15b
sont constitués par un corps cylindrique sur lequel est placé en dérivation,
une tuyauterie, respectivement 21a et 21b débouchant dans l'espace interne
du tronçon 11a ou 11b de l'enveloppe 8 du pot 4 qui constitue un volume
d'amortissement. La tuyauterie en dérivation 21a du silencieux 15a est raccordée
à la partie de sortie du corps du silencieux 15a placé dans le premier
tronçon 11a et la tuyauterie 21b du silencieux 15b est fixée sur la partie
d'entrée du corps principal du silencieux 15b placé dans le second tronçon
11b du pot 4. Dans l'un et l'autre cas, le volume d'amortissement acoustique
est constitué par le volume du tronçon 11a (ou 11b) ménagé autour du catalyseur
14a (ou 14b) et du corps du silencieux correspondant 15a (ou 15b)
qui ne remplissent pas tout l'espace interne du premier et du second tronçons
du pot 4. Le silencieux constitue un résonateur.
Dans le cas du second mode de réalisation représenté sur la figure 3,
le premier silencieux 15'a et le second silencieux 15'b sont constitués par un
corps tubulaire dont la paroi est traversée par une pluralité d'ouvertures circulaires
22a (ou 22b). Les ouvertures 22a ou 22b mettent en communication
l'espace interne du corps tubulaire du silencieux dans lequel circule le second
ou le premier flux de gaz d'échappement, avec la partie du volume interne
du premier tronçon 11a ou du second tronçon 11b de l'enveloppe 8 du
pot 4, à l'extérieur du catalyseur 14a (ou 14b) et du silencieux correspondant.
Cette partie de l'espace interne du premier ou du second tronçon du
pot 4 constitue un volume d'amortissement acoustique.
Les catalyseurs et les corps des silencieux sont engagés par leurs
parties d'extrémité respectivement opposées à leur partie d'entrée ou à leur
partie de sortie, dans des ouvertures et embouts des coupelles de maintien
16a et 16b. De plus, la partie d'extrémité de sortie du corps tubulaire du silencieux
15'a et la partie d'entrée du corps tubulaire du silencieux 15'b sont
engagées et serties dans les embouts tronconiques respectifs 20b et 20a de
la coupelle 12 séparant les tronçons 11a et 11b du pot 4.
A la sortie du premier catalyseur 14a, les gaz d'échappement du
premier flux de gaz 17a sont reçus dans un collecteur dont le volume
d'expansion résulte de l'inclinaison de la coupelle 12 et de la présence de
l'embout tronconique 20a, puis pénètrent à l'intérieur du corps du silencieux
15b (ou 15'b).
De même, les gaz d'échappement du second flux de gaz 17b pénètrent,
à la sortie du corps du silencieux 15a (ou 15'a) dans un collecteur,
avant de pénétrer dans le second catalyseur 14b.
L'extrémité d'entrée du corps tubulaire du premier silencieux (15a,
15'a) est engagée directement sur l'extrémité de la conduite d'arrivée (2b)
du second flux gazeux (17b) dans le pot (4) et l'extrémité de sortie du corps
tubulaire du second silencieux (15b, 15'b) est engagée directement sur la
conduite de sortie (5a) du premier flux gazeux (17a).
Les gaz du premier flux 17a sont guidés de manière à traverser
d'abord le premier catalyseur 14a puis le second silencieux 15b (ou 15'b).
Les gaz du second flux de gaz d'échappement 17b traversent successivement
le premier silencieux 15a (ou 15'a) et le second catalyseur 14b. De
cette manière, le premier flux de gaz d'échappement subit à l'intérieur du
pot 4 un traitement d'élimination de polluants et un traitement acoustique,
suivant une séquence inversée par rapport au second flux.
De manière à améliorer les conditions du traitement d'élimination de
polluants au contact des catalyseurs, il peut être avantageux de placer le pot
4 le plus près possible des tubulures de sortie des gaz d'échappement du
moteur, ce qui peut être réalisé facilement du fait de la compacité du pot 4 et
également du fait que le pot 4 est à double flux et qu'à la sortie du pot 4, les
gaz d'échappement sont encore repris par deux conduits cheminant en parallèle.
On peut donc éloigner le raccord 6 entre les conduits parallèles de
sortie de la longueur voulue pour obtenir des accords acoustiques satisfaisants
qui peuvent être identiques à ceux obtenus lorsqu'on utilise deux lignes
d'échappement distinctes placées sous le véhicule et comportant chacune
un pot catalytique, un silencieux et éventuellement un dispositif à interférence.
L'optimisation des accords acoustiques permet d'obtenir un gain
de couple du moteur, en particulier au voisinage des régimes pour lesquels
on observe une diminution du couple, c'est-à-dire au voisinage de 2000 et
3000 tours/minute.
En outre, le pot 4 suivant l'invention permet d'effectuer un traitement
acoustique d'atténuation très efficace des flux de gaz d'échappement.
Tout d'abord, comme expliqué plus haut, les cônes d'entrée et de
sortie du gaz d'échappement dans les catalyseurs sont à double paroi, ce
qui permet de limiter l'émission de bruit par les flux de gaz d'échappement.
On peut également prévoir une double paroi pour l'enveloppe métallique
cylindrique du pot catalytique, de façon à réduire l'émission de bruit vers
l'extérieur.
L'utilisation du volume intérieur de l'enveloppe du pot 4 comme volume
d'amortissement, aussi bien dans le cas où les silencieux sont constitués
sous la forme de résonateurs, comme représenté sur la figure 2, et
sous la forme de tubes percés, comme représenté sur la figure 3, permet
d'obtenir une très bonne efficacité quant à l'atténuation acoustique tout en
limitant le volume total des composants de la ligne d'échappement.
En outre, les catalyseurs 14a et 14b, qui sont situés entièrement à
l'intérieur de l'enveloppe métallique 8 du pot 4, sont protégés contre des
chocs thermiques ou des attaques corrosives qui se produisent lorsque
l'enveloppe métallique du catalyseur est susceptible de venir en contact directement
avec le milieu extérieur dans lequel circule le véhicule automobile.
On accroít donc ainsi la tenue des enveloppes métalliques des catalyseurs.
Un des avantages les plus importants du dispositif suivant l'invention
est la compacité de ce dispositif qui regroupe dans un faible volume les
composants nécessaires pour le traitement anti-polluants et le traitement
acoustique des flux de gaz d'échappement. De plus, le pot catalytique et de
traitement acoustique suivant l'invention peut être réalisé avec un nombre de
pièces embouties et soudées réduit, par rapport à une ligne d'échappement
classique. On obtient ainsi un très bon rapport qualité-prix, lors de la fabrication
du pot selon l'invention. On obtient également un gain de poids de 10 à
15 %, pour l'ensemble de la ligne d'échappement, par rapport à une ligne
d'échappement classique à double flux.
La reprise des efforts entre l'entrée et la sortie du pot selon l'invention
est assurée par des coupelles internes à l'enveloppe du pot. Les autres
coupelles peuvent être serties et peuvent permettre une dilatation du pot
catalytique en service, de la même manière que dans un pot d'échappement
conventionnel.
L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation qui ont été décrits.
Les coupelles d'extrémité et les coupelles internes de maintien des
catalyseurs et des silencieux peuvent être réalisées sous une forme différente.
Les silencieux peuvent être d'un type quelconque.
Enfin, le pot catalytique et de traitement acoustique suivant l'invention
peut être utilisé sur tout type de véhicule automobile comportant une ligne
d'échappement à double flux.
Claims (11)
- Pot catalytique et de traitement acoustique d'une ligne d'échappement (1) à deux conduits en parallèle assurant l'arrivée au pot catalytique (4) d'un premier (17a) et d'un second (17b) flux de gaz provenant d'un moteur à combustion interne, caractérisé par le fait qu'il comporte, à l'intérieur d'un premier tronçon (11a) d'une enveloppe métallique externe (8) du pot catalytique (4), entre une extrémité d'entrée de l'enveloppe (8) et une zone médiane, un premier catalyseur (14a) et un premier silencieux (15a, 15'a) et, dans un second tronçon (11b) de l'enveloppe (8), entre la zone médiane et une extrémité de sortie de l'enveloppe (8), un second catalyseur (14b) et un second silencieux (15b,15'b), ainsi que des moyens (13a, 16a, 16b, 13b) de maintien des catalyseurs (14a, 14b) et des silencieux (15a, 15'a, 15b, 15'b), dans l'enveloppe métallique (8) et des moyens (18a, 19b, 20a, 20b) de canalisation des flux gazeux (17a, 17b) connectés aux catalyseurs (14a, 14b), aux silencieux (15a, 15'a, 15b, 15'b) et aux conduits d'échappement (2a, 2b, 5a, 5b), de manière à imposer au premier flux gazeux (17a) un parcours de circulation à l'intérieur de l'enveloppe (8) traversant successivement le premier catalyseur (14a) et le second silencieux (15b, 15'b) et au second flux gazeux (17b) un parcours de circulation traversant successivement le premier silencieux (15a, 15'a) et le second catalyseur (14b).
- Pot catalytique suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'enveloppe métallique (8) de forme cylindrique est fermée à ses extrémités axiales par une coupelle d'entrée (8a) et par une coupelle de sortie (8b) comportant des embouts (9a, 9b, 10a, 10b) de passage du premier flux gazeux (17a) et du second flux gazeux (17b).
- Pot catalytique suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que le premier flux gazeux (17a) pénètre dans le premier catalyseur (14a) en étant guidé par un embout tronconique (18a) placé à l'intérieur d'un embout tronconique (9a) de la coupelle d'entrée (8a) de l'enveloppe métallique (8), avec un certain espacement entre l'embout tronconique (18a) de guidage du premier flux gazeux et l'embout tronconique (9a) de la coupelle d'entrée (8a), et que le second flux de gaz (17b) est guidé à la sortie du second catalyseur (14b) par un embout tronconique (19b) disposé à l'intérieur d'un embout tronconique (10b) de la coupelle de sortie (8b) avec un certain espacement entre l'embout tronconique de guidage (19b) et l'embout tronconique (10b) de la coupelle de sortie (8b).
- Pot catalytique suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que les embouts tronconiques de guidage (18a) et (19b) du premier et du second flux de gaz (17a, 17b) à l'entrée et à la sortie du pot catalytique (4) sont solidaires respectivement d'une première coupelle (13a) de maintien du premier catalyseur (14a) et du premier silencieux (15a, 15'a) et d'une seconde coupelle (13b) de maintien du second catalyseur (14b) et du second silencieux (15b, 15'b).
- Pot catalytique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'enveloppe métallique de forme cylindrique (8) du pot catalytique (4) comporte une double paroi.
- Pot catalytique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le premier tronçon (11a) de l'enveloppe métallique (8) du pot catalytique (4) est séparé du second tronçon (11b) par une coupelle (12) comportant une paroi et un bord périphérique entourant sa paroi venant en contact avec la surface intérieure de l'enveloppe métallique (8) dans sa zone médiane, ainsi qu'un premier embout (20a) en saillie d'un côté de la paroi de la coupelle (12) venant se raccorder à l'entrée du second silencieux (15b, 15'b) et un second embout (20b) en saillie sur un second côté de la paroi de la coupelle (12) venant se raccorder avec la sortie du second silencieux (15a, 15'a).
- Pot catalytique suivant la revendication 6, caractérisé par le fait que la coupelle (12) est placée à l'intérieur de l'enveloppe (8) de manière que sa paroi de forme elliptique soit inclinée d'un angle différent de 90° par rapport à un axe longitudinal de la paroi métallique (8) du pot (4).
- Pot catalytique suivant l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé par le fait que le premier embout (20a) et le second embout (20b) de la coupelle de séparation (12) présentent une forme cylindro-tronconique.
- Pot catalytique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que le premier et le second silencieux (15a, 15b, 15'a, 15'b) sont constitués chacun par un corps tubulaire dans lequel le premier flux et le second flux de gaz respectivement, sont mis en circulation, et qui communique, par l'intermédiaire de moyens de mise en communication (21a, 21b, 22a, 22b) avec une partie du volume du premier tronçon (11a) ou du second tronçon (11b) de l'espace interne de l'enveloppe métallique (8), respectivement, qui constitue un volume d'amortissement, à l'extérieur du premier catalyseur et du second catalyseur et du corps du premier et du second silencieux (15a, 15'a, 15b, 15'b), respectivement.
- Pot catalytique suivant la revendication 9, caractérisé par le fait que les moyens de mise en communication du premier silencieux et du second silencieux (15a, 15b) sont constitués par une tuyauterie (21a, 21b) en dérivation sur le corps tubulaire du silencieux (15a, 15b), débouchant dans le volume du tronçon (11a, 11b) à l'extérieur du catalyseur (14a, 14b) et du corps du silencieux (15a, 15b).
- Pot catalytique suivant la revendication 9, caractérisé par le fait que les moyens (22a, 22b) de mise en communication du corps tubulaire du silencieux (15'a, 15'b) avec le volume du tronçon (11a, 11b) du pot catalytique (4) à l'extérieur du premier ou du second catalyseur (14a, 14b) sont constitués par une pluralité d'ouvertures circulaires (22a, 22b) traversant la paroi du corps tubulaire du silencieux (15'a, 15'b).
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