FR3062417A1 - Dispositif pour le traitement d'un gaz d'echappement. - Google Patents

Dispositif pour le traitement d'un gaz d'echappement. Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un dispositif (1) pour le traitement d'un gaz d'échappement d'un véhicule automobile comprenant : - au moins un premier élément de traitement (4), et - au moins un second élément de traitement (7), le dispositif (1) étant configuré pour permettre une circulation du gaz au contact successivement avec les premier et second éléments de traitement (4, 7).

Description

@ Titulaire(s) : VALEO SYSTEMES THERMIQUES Société par actions simplifiée.
O Demande(s) d’extension :
® Mandataire(s) : VALEO SYSTEMES THERMIQUES.
® DISPOSITIF POUR LE TRAITEMENT D'UN GAZ D'ECHAPPEMENT.
(57) L'invention concerne un dispositif (1) pour le traitement d'un gaz d'échappement d'un véhicule automobile comprenant:
- au moins un premier élément de traitement (4), et
- au moins un second élément de traitement (7), le dispositif (1 ) étant configuré pour permettre une circulation du gaz au contact successivement avec les premier et second éléments de traitement (4, 7).
FR 3 062 417 - A1
Figure FR3062417A1_D0001
Figure FR3062417A1_D0002
DISPOSITIF POUR LE TRAITEMENT D’UN GAZ D’ECHAPPEMENT
L’invention a pour objet un dispositif pour le traitement d’un gaz d’échappement de véhicule automobile.
Les moteurs diesel ou essence émettent des polluants issus de la combustion de carburant et qui sont rejetés dans les gaz d’échappement des véhicules automobiles.
Les polluants issus de la combustion d’un moteur diesel ou essence sont usuellement des hydrocarbures imbrûlés, des oxydes d’azote ou des oxydes de carbone, et dans le cas de moteur diesel, des particules carbonées encore appelées suies.
Afin de respecter des normes environnementales de plus en plus contraignantes, il est nécessaire de maîtriser les émissions du gaz d’échappement rejeté par un véhicule automobile.
A cet effet, il est connu d’utiliser un pot catalytique dans la ligne d’échappement du moteur.
Un pot catalytique comprend un catalyseur qui déclenche ou accentue certaines réactions chimiques pour transformer les constituants toxiques du gaz d’échappement en éléments moins toxiques.
Il est également connu de réaliser le traitement des particules notamment carbonées contenues dans le gaz d’échappement par l’introduction d’un filtre à particules dans la ligne d’échappement.
Un filtre à particules employé dans le domaine automobile comporte le plus souvent une matrice en céramique poreuse. Durant le fonctionnement du moteur, le gaz traverse la matrice en céramique de sorte que les particules contenues dans le gaz d’échappement se déposent et s’accumulent dans le filtre à particules. Suite au dépôt des particules, le filtre peut être soumis à une phase de régénération lors de laquelle les particules sont éliminées par auto-inflammation.
Afin de maximiser le traitement du gaz d’échappement, les constructeurs automobiles sont incités à utiliser à la fois un pot catalytique et un filtre à particule dans un même véhicule automobile.
Néanmoins, ceci requière un espace disponible significatif dans la ligne d’échappement du moteur, et peut donc être difficile à mettre en œuvre.
Le but de l’invention est de remédier au moins partiellement à cet inconvénient.
A cet effet, l’invention a pour objet un dispositif pour le traitement d’un gaz d’échappement d’un véhicule automobile comprenant :
- au moins un premier élément de traitement, et
- au moins un second élément de traitement, le dispositif étant configuré pour permettre une circulation du gaz au contact successivement avec les premier et second éléments de traitement.
Un tel dispositif est suffisamment compact tout en combinant les rôles à la fois d’un pot catalytique et d’un filtre à particules.
Selon une réalisation, le premier élément de traitement est réalisé à partir d’un matériau poreux au gaz d’échappement, le premier élément de traitement étant configuré pour retenir des particules contenues dans le gaz d’échappement.
Le premier élément de traitement permet ainsi de réaliser la fonction d’un filtre à particules en retenant les particules carbonées du gaz d’échappement.
Selon une autre réalisation, le second élément de traitement est recouvert par un catalyseur, le catalyseur étant configuré pour permettre une réaction chimique du gaz d’échappement venant au contact du second élément de traitement.
Le second élément de traitement permet ainsi de réaliser la fonction d’un pot catalytique en réduisant la nocivité du gaz d’échappement rejeté en aval du dispositif.
Selon une autre réalisation, les premier et second éléments de traitement sont disposés en regard l’un de l’autre.
Selon une autre réalisation, le second élément de traitement est disposé sur une face du premier élément de traitement entre une première et une seconde ouverture de l’élément de traitement.
Selon une autre réalisation, les premier et second éléments de traitement ont une forme sensiblement aplatie et s’étendent respectivement selon une direction d’élongation.
Les premier et second éléments de traitement étant empilés l’un sur l’autre, le dispositif comprend une épaisseur totale faible selon la direction d’empilement, et peut donc être facilement être logé dans la ligne d’échappement du moteur.
Selon une autre réalisation, le second élément de traitement comprend une pluralité d’orifices, les orifices étant configurés pour permettre le passage du gaz au contact du second élément de traitement.
Selon une autre réalisation, une surface du second élément de traitement comprend une pluralité d’arches décalées axialement les unes par rapport aux autres de sorte à former les orifices.
Selon une autre réalisation, chaque arche présente une forme générale de U inversé.
Selon une autre réalisation, le dispositif comprend au moins un élément d’espacement, l’élément d’espacement étant configuré pour canaliser la circulation du gaz d’échappement dans le dispositif au contact successivement des premier et second éléments de traitement.
Selon une autre réalisation, l’élément d’espacement comprend un orifice de passage de gaz, l’orifice de passage de gaz étant configuré pour recevoir le second élément de traitement.
Selon une autre réalisation, l’élément d’espacement comprend un rebord faisant saillie depuis une face de l’élément d’espacement, le rebord étant configuré pour permettre la circulation du gaz à travers le premier élément de traitement.
L’invention a également pour objet un système comprenant une pluralité de dispositifs selon l’invention, les dispositifs étant superposés les uns sur les autres selon une direction d’empilement.
Un tel système permet de traiter une quantité plus importante de gaz de façon simultanée.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 illustre une vue éclatée d’un dispositif pour le traitement d’un gaz d’échappement selon une réalisation de l’invention ;
- la figure 2 illustre une en coupe selon le plan de coupe ll-ll du dispositif de la figure 1 une fois assemblé ;
- la figure 3 illustre une vue en perspective d’un premier élément de traitement de la figure 1 ;
- la figure 4 illustre une vue en perspective d’un second élément de traitement de la figure 1 ;
- la figure 5 illustre une vue agrandie du second élément de traitement de la figure 4 ;
- La figure 6 illustre une vue en perspective d’un élément d’espacement de la figure 1 ;
- la figure 7 illustre une vue de dessus de l’élément d’espacement de la figure 6, dans lequel les rebords sont représentés en trait gras ; et
- la figure 8 illustre une vue en coupe schématique d’un système pour le traitement d’un gaz d’échappement selon une autre réalisation de l’invention.
Dispositif pour le traitement d’un gaz d’échappement
L’invention a pour objet un dispositif 1 pour le traitement d’un gaz d’échappement de véhicule automobile.
L’invention trouve une application avantageuse pour le gaz d’échappement d’un moteur thermique de véhicule automobile de type diesel ou essence.
Sur le mode de réalisation illustré sur les figures 1 et 2, le dispositif 1 comprend une entrée 2 des gaz et une sortie 3 des gaz. L’entrée 2 est destinée à être reliée à une partie amont d’une ligne d’échappement du véhicule automobile, tandis que la sortie 3 est destinée à être reliée à une partie aval de la ligne d’échappement.
Comme illustré plus particulièrement sur les figures 1 et 3, le dispositif 1 comprend au moins un premier élément de traitement 4.
Le premier élément de traitement 4 s’étend selon une direction d’élongation A.
Le premier élément de traitement 4 a une forme sensiblement aplatie, c’est-à-dire, présentant deux faces planes parallèles opposées 4a, 4b.
Sur le mode de réalisation illustré, le premier élément de traitement 4 a une forme générale ovoïde. Bien entendu, l’invention n’est pas limitée à ce mode de réalisation, et le premier élément de traitement 4 peut également prendre toute autre forme.
Le premier élément de traitement 4 comprend une première ouverture 5 et une seconde ouverture 6. On notera que les ouvertures 5 et 6 sont par exemple macroscopiques. Les première et seconde ouvertures 5, 6 se trouvent respectivement à chacune des extrémités du premier élément de traitement 4 selon la direction d’élongation A.
Avantageusement, les première et seconde ouvertures 5, 6 du premier élément de traitement 4 sont identiques l’une de l’autre.
Le premier élément de traitement 4 entre la première et la seconde ouverture 5, 6 a une épaisseur avantageusement constante selon une direction d’empilement E perpendiculaire à la direction d’élongation A.
Le premier élément de traitement 4 est composé notamment à base d’un matériau poreux au gaz d’échappement.
Par poreux, on entend que le gaz d’échappement peut traverser de part et d’autre le matériau du premier élément de traitement 4. En d’autres termes, le matériau comprend des pores ou trous, par exemple de taille microscopique, par lesquels le gaz peut traverser de part en part.
Le premier élément de traitement 4 est avantageusement composé notamment en un matériau céramique.
Le premier élément de traitement 4 est configuré pour collecter des particules du gaz d’échappement, notamment carbonées, lorsqu’il est traversé par le gaz d’échappement.
Comme illustré plus précisément sur les figures 1, 4 et 5, le dispositif 1 comprend également au moins un second élément de traitement 7.
Le second élément de traitement 7 est composé notamment d’un matériau métal, par exemple en acier inoxydable.
Le second élément de traitement 7 a également une forme sensiblement aplatie et s’étend selon une direction d’élongation A.
Sur les modes de réalisation illustrés, le second élément de traitement 7 a une forme générale rectangulaire. Bien entendu, l’invention n’est pas limitée à ce mode de réalisation, et le second élément de traitement 7 peut également prendre toute autre forme.
Le second élément de traitement 7 comprend une surface configurée pour maximiser le contact avec le gaz d’échappement lors de sa circulation dans le dispositif 1.
Le second élément de traitement 7 peut être réalisé en un matériau corrugué, sous une forme ondulée par exemple.
Sur le mode de réalisation illustré sur les figures 4 et 5, la surface du second élément de traitement 7 comprend une pluralité d’arches 8 en forme de U inversé. Les arches 8 sont décalées axialement les unes par rapport aux autres de sorte à former des orifices 9 répartis, de préférence uniformément, sur le second élément de traitement 7. Un gaz d’échappement peut circuler au contact de la surface du second élément de traitement 7, notamment selon la direction d’élongation A, en passant par les orifices 9.
Comme particulièrement visible sur la figure 5, le second élément de traitement 7 présente une surface 50 généralement rectangulaire.
La surface 50 comprend une alternance de portions dites inférieures 51 et de portions dites supérieures 52.
Chacune des portions supérieure 51 et inférieure 52 s’étend longitudinalement parallèlement à un bord long 53 de la surface 50.
Les portions supérieures 51 sont disposées à une hauteur différente des portions inférieures 52 de sorte qu’un bord court 54 de la surface 50 comprend une succession de U et de U inversés.
Les portions supérieures 51 sont de préférence identiques entre elles.
De même, les portions inférieures 52 sont de préférence identiques entre elles.
Chaque arche 8 fait jonction par deux bras 55 en L entre une portion supérieure 51 et une portion inférieure 52 adjacente.
Les deux bras en L 55 délimitent l’orifice 9 associé.
De préférence, les bras 55 des arches 8 s’étendent parallèlement les uns aux autres.
La surface du second élément de traitement 7 est recouverte en tout ou partie par au moins un catalyseur. Le catalyseur est en particulier un catalyseur d’oxydoréduction destiné à réagir avec le gaz d’échappement.
Le second élément de traitement 7 est configuré pour transformer les constituants nocifs du gaz d’échappement en constituants moins nocifs lors de son contact avec le catalyseur.
Comme illustré sur la figure 2, le premier élément de traitement 4 et le second élément de traitement 7 sont superposés l’un sur l’autre selon la direction d'empilement E perpendiculairement à la direction d’élongation A. Plus particulièrement, le second élément de traitement 7 est disposé sur une face 4a du premier élément de traitement 4, entre les première et seconde ouvertures 5, 6.
Le dispositif 1 comprend également au moins un élément d’espacement 10, plus particulièrement illustré sur les figures 6 et 7.
Sur le mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 2, le dispositif 1 comprend un premier élément d’espacement 10 et un second élément d’espacement 11. Les deux éléments d’espacement 10, 11 sont identiques l’un de l’autre.
L’élément d’espacement 10, 11a également une forme sensiblement aplatie et s’étend selon la direction d’élongation A et présente deux faces parallèles opposées 10a, 10b.
L’élément d’espacement 10, 11 a de préférence une forme générale identique au premier élément de traitement 4, notamment ovoïde.
De façon similaire au premier élément de traitement 4, l’élément d’espacement 10 ,11 comprend une première ouverture 12 et une seconde ouverture 13. Les première et seconde ouvertures 12, 13 se trouvent respectivement à chacune des extrémités de l’élément d’espacement 10, selon la direction d’élongation A.
L’élément d’espacement 10, 11 comprend également un orifice de passage des gaz 14 selon la direction d’empilement E, situé entre les première et seconde ouvertures 12, 13. L’orifice de passage 14 est avantageusement situé au centre de l’élément d’espacement 10, 11. L’orifice de passage 14 a une forme correspondante à la forme générale du second élément de traitement 7, de sorte que l’évidement est configuré pour recevoir le second élément de traitement 7.
Au moins l’une des faces 10a de l’élément d’espacement 10, 11 comprend un rebord faisant saillie selon la direction d’empilement E.
Comme illustré schématiquement sur les figures 6 et 7, l’élément d’espacement 10, 11 comprend un premier rebord 15 agencé de façon périphérique, le long de la totalité du pourtour de l’élément d’espacement 10, 11.
L’élément d’espacement 10, 11 comprend également un second rebord 16 agencé autour de la seconde ouverture 13 et de l’orifice de passage 14 de l’élément d’espacement 10, 11. La première ouverture 12 de l’élément d’espacement 10, 11 est dépourvue de rebord périphérique.
Les premier et second rebords 15, 16 ont une hauteur au moins égale à la hauteur du second élément de traitement 7 selon la direction d’empilement E.
L’élément d’espacement 10, 11 est constitué en un matériau imperméable au gaz d’échappement.
L’élément d’espacement 10, 11 est configuré pour permettre au gaz de circuler et d’être canalisé dans le dispositif 1, comme cela sera décrit ciaprès. En particulier, les rebords 15, 16 sont configurés pour permettre la circulation de la totalité du gaz à travers le premier élément de traitement 4 entre l’entrée 2 et la sortie 3 du dispositif 1.
Le premier élément d’espacement 10 est disposé au contact de la face
4a du premier élément de traitement 4. En particulier, les première et seconde ouvertures 12, 13 du premier élément d’espacement 10 coïncident avec respectivement les première et seconde ouvertures 5, 6 du premier élément de traitement 4.
Le second élément de traitement 7 est agencé dans l’orifice de passage 14 du premier élément d’espacement 10, avantageusement au contact du premier élément de traitement 4.
Toutefois, en variante, le premier élément de traitement 4 et le premier élément d’espacement 10 peuvent former un seul et même élément.
Selon cette variante, le second élément de traitement 7 est agencé au contact du premier élément de traitement 4, qui comprend en outre au moins un ou des rebords 15, 16 tels que décrits ci-dessus.
Le second élément d’espacement 11 est disposé au contact de la face 4b du premier élément de traitement 4. En particulier, les première et seconde ouvertures 12, 13 du second élément d’espacement 11 coïncident avec respectivement les seconde et première ouvertures 6, 5 du premier élément de traitement 4.
Par ailleurs, comme visible sur la figure 1, les premier et second éléments d’espacement 10, 11 sont orientés dans un sens opposé l’un par rapport à l’autre selon la direction d’élongation A, de sorte que la première ouverture 12 d’un élément d’espacement 10, 11 coïncide avec la seconde ouverture 13 de l’autre élément d’espacement 11, 10, et inversement.
Deux plaques de fermetures 17, 18, avantageusement imperméables au gaz d’échappement, sont placées respectivement de chaque côté du dispositif 1 selon la direction d’empilement E, notamment au contact des éléments d’espacement 10, 11.
Chaque plaque de fermeture 17, 18 comprend une ouverture correspondant respectivement à l’entrée 2 et à la sortie 3 du dispositif 1, et coïncidant avec les secondes ouvertures 13 des premier et second éléments d’espacement 10, 11.
Le dispositif 1 est configuré pour permettre une circulation du gaz d’échappement entre l’entrée 2 et la sortie 3 en passant par le premier élément de traitement 4 et le second élément de traitement 7.
On note que, selon une variante non illustrée, l’élément poreux 4 n’est pas forcement muni d’orifices 5 et 6. II peut être plus court, ce qui correspond à sa partie rectangulaire, et s’intégrer dans les éléments 10 et 11, de préférence en inox, dans l’orifice de passage 14.
Fonctionnement du dispositif
On décrit ci-après le fonctionnement du dispositif 1 selon le mode de réalisation illustré par les figures 1 et 2.
Le gaz d’échappement passe par l’entrée 2 du dispositif puis par la seconde ouverture 13 du premier élément d’espacement 10. Le gaz circule ensuite dans le second élément de traitement 7. Le gaz passe en particulier au contact de la surface du second élément de traitement 7 dans les orifices
9.
Du fait du second rebord 16 du premier élément d’espacement 10, le gaz ne peut pas circuler directement vers la sortie 3 du dispositif 1. Le gaz est forcé à traverser le premier élément de traitement 4 en passant par l’orifice de passage 14 du premier élément d’espacement 10, comme illustré par les flèches 19 sur la figure 2.
Du fait du second rebord 16 du second élément d’espacement 10, le gaz ne peut pas circuler par la suite directement vers l’entrée 2 du dispositif 1. Le gaz circule dans l’orifice de passage 14 du second élément d’espacement 11 avant d’être évacué par la sortie 3 du dispositif 1.
Le passage du gaz successivement au contact du second élément de traitement 7 et à travers le premier élément de traitement 4 permet de traiter le gaz en combinant les effets connus d’un pot catalytique et d’un filtre à particule.
Bien entendu, le mode de réalisation décrit ci-dessus n’est pas limitatif et d’autres configurations sont envisageables. En particulier, le gaz peut venir en contact avec le premier élément de traitement 4 avant de circuler au contact du second élément de traitement 7.
Par ailleurs, le mode de réalisation illustré sur les figures 1 et 2 comprend un seul premier élément et un seul second élément de traitement 4, 7. Toutefois, un dispositif 1 selon l’invention peut également comprendre une pluralité de premiers éléments de traitement 4 et/ou de seconds éléments de traitement 7, avantageusement superposés selon la direction d’empilement E. A titre d’exemple, un second élément de traitement additionnel peut également être logé dans l’orifice de passage 14 du second élément d’espacement 11.
II est ainsi envisageable de faire circuler le gaz d’échappement dans plusieurs éléments de traitement 4, 7 les uns à la suite des autres afin de maximiser le traitement du gaz.
Comme illustré schématiquement que la figure 8, l’invention concerne également un système 21 comprenant une pluralité de dispositifs 1 tels que décrits ci-dessus.
Le système 21 consiste en un empilement de premier et second éléments de traitement 4, 7, ainsi que d’éléments d’espacement 10, 11 tels que décrits ci-dessus.
Un gaz circulant depuis l’entrée 2 du système 21 peut circuler comme illustré par les flèches 20, et venir au contact de façon successive avec un moins un premier et au moins un second élément de traitement 4, 7 avant d’être évacué par la sortie 3.
Bien évidemment, l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment et fournis uniquement à titre d’exemple. Elle englobe diverses modifications, formes alternatives et autres variantes que pourra envisager l’homme du métier dans le cadre de la présente invention et notamment toutes combinaisons des différents modes de fonctionnement décrits précédemment, pouvant être pris séparément ou en association.
En particulier, bien que l’invention soit décrite en lien avec le traitement de gaz d’échappement d’un véhicule automobile, l’invention peut également 5 être avantageuse dans tout type d’application nécessitant un traitement combiné d’un gaz.

Claims (12)

  1. REVENDICATIONS
    1. Dispositif (1) pour le traitement d’un gaz d’échappement d’un véhicule automobile comprenant :
    - au moins un premier élément de traitement (4), et
    - au moins un second élément de traitement (7), le dispositif (1) étant configuré pour permettre une circulation du gaz au contact successivement avec les premier et second éléments de traitement (4, 7).
  2. 2. Dispositif (1) selon la revendication 1, dans lequel le premier élément de traitement (4) est réalisé à partir d’un matériau poreux au gaz d’échappement, le premier élément de traitement (4) étant configuré pour retenir des particules contenues dans le gaz d’échappement.
  3. 3. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le second élément de traitement (7) est recouvert par un catalyseur.
  4. 4. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les premier et second éléments de traitement (4, 7) sont disposés en regard l’un de l’autre.
  5. 5. Dispositif (1) selon la revendication précédente, dans lequel le second élément de traitement (7) est disposé sur une face (4a) du premier élément de traitement (4) entre une première et une seconde ouverture (5, 6) de l’élément de traitement.
    5. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les premier et second éléments (4, 7) ont une forme sensiblement aplatie et s’étendent respectivement selon une direction d’élongation (A).
  6. 6. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le second élément de traitement (7) comprend une pluralité d’orifices (9), les orifices (9) étant configurés pour permettre le passage du gaz au contact du second élément de traitement (7).
  7. 7. Dispositif (1) selon la revendication précédente, dans lequel une surface du second élément de traitement (7) comprend une pluralité d’arches (8) décalées axialement les unes par rapport aux autres de sorte à former les orifices (9).
  8. 8. Dispositif (1) selon la revendication précédente, dans lequel chaque arche présente une forme générale de U inversé.
  9. 9. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins un élément d’espacement (10, 11), l’élément d’espacement (10, 11) étant configuré pour canaliser la circulation du gaz d’échappement dans le dispositif (1) au contact successivement des premier et second éléments de traitement (4, 7).
  10. 10. Dispositif (1) selon la revendication précédente, dans lequel l’élément d’espacement (10, 11) comprend un orifice de passage des gaz (14), l’orifice de passage des gaz (14) étant configuré pour recevoir le second élément de traitement (7).
  11. 11. Dispositif (1) selon les revendications 9 ou 10, dans lequel l’élément d’espacement (10) comprend au moins un rebord (16) faisant saillie depuis une face (10a) de l’élément d’espacement (10), le rebord (16) étant configuré pour permettre la circulation du gaz à travers le premier élément de traitement (4).
  12. 12. Système (21) comprenant une pluralité de dispositifs (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, les dispositifs (1) étant superposés les uns sur les autres selon une direction d’empilement (E).
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