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FR2841595A1 - Tube des gaz d'echappement pour l'installation des gaz d'echappement d'un vehicule automobile - Google Patents

Tube des gaz d'echappement pour l'installation des gaz d'echappement d'un vehicule automobile Download PDF

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FR2841595A1
FR2841595A1 FR0305229A FR0305229A FR2841595A1 FR 2841595 A1 FR2841595 A1 FR 2841595A1 FR 0305229 A FR0305229 A FR 0305229A FR 0305229 A FR0305229 A FR 0305229A FR 2841595 A1 FR2841595 A1 FR 2841595A1
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flap
wall
exhaust
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Birgit Spillner
Christian Smatloch
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Original Assignee
Benteler Automobiltechnik GmbH
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Abstract

- Tube des gaz d'échappement pour l'installation des gaz d'échappement d'un véhicule automobile.- Selon l'invention, le tube comprend un tube interne (2) guidant les gaz d'échappement (AG) et un second tube (3) entourant le tube interne (2) à distance, qui forme, avec le tube interne (2), une fente annulaire (4) guidant les gaz d'échappement (AG), laquelle peut être fermée par un volet (14), et est remarquable en ce que l'axe de pivotement (13) du volet (14) est agencé le long de la paroi (15) du tube interne, et en ce que, dans la zone de pivotement du volet (14), une ouverture de passage (12) est prévue dans la paroi (15) du tube interne pour l'entrée des gaz d'échappement dans la fente annulaire (4) ou leur sortie de celle-ci, le volet (14) pouvant pivoter entre une position de fermeture de l'ouverture de passage (12) et une position de fermeture du tube interne (2), y compris des positions intermédiaires.

Description

La présente invention concerne un tube des gaz d'échappement pour
l'installation des gaz d'échappement d'un véhicule automobile, qui est agencé entre un moteur à combustion interne engendrant des gaz d'échappement et une conduite d'échappement conduisant les gaz d'échappement dans l'environnement et, ici, en particulier entre un catalyseur à trois voies proche du moteur et un adsorbeur de NO. qui se trouve avant la conduite d'échappement. Le tube des gaz d'échappement présente un tube interne guidant les gaz d'échappement et un second tube entourant le tube interne à distance, qui forme, avec le tube interne, une fente annulaire guidant les gaz d'échappement, la fente annulaire pouvant
être fermée au moyen d'un volet.
Pour la réduction du rejet de NO. de moteurs à allumage par étincelle à injection directe, on utilise par exemple des réinjections de gaz d'échappement refroidies, comme cela est connu à partir du document
DE-19841927 Ai, ou des catalyseurs avec un adsorbeur de NO'.
L'utilisation de catalyseurs exige une fenêtre déterminée de température pour les gaz d'échappement. Uniquement à partir d'une température d'environ 2500 (température de démarrage), il se produit une transformation des composants nuisibles, comme du carbure d'hydrogène (HO) , du monoxyde de carbone (C0), et des oxydes d'azote (N0X) en les composés dioxyde de carbone (C02), azote (N2) ou eau (H20). Atteindre la température de démarrage après le démarrage à froid peut être par exemple notablement raccourci par des tubes de gaz d'échappement ou des collecteurs
de gaz d'échappement isolés par une fente d'air. Ainsi, on obtient en vé25 rité un réchauffement rapide du catalyseur, mais, au cours du fonctionne-
ment, en particulier dans le cas d'un fonctionnement à vitesse élevée ou à forte charge, il peut se produire des températures élevées telles que le catalyseur et, en particulier, l'adsorbeur de NOX thermiquement sensible sont endommagés de façon durable et, ainsi, ne sont plus efficaces. Pour ame5 ner le plus rapidement possible l'adsorbeur de NO. à la température de fonctionnement et régler et maintenir la température à des valeurs à l'intérieur de la fenêtre souhaitée de température de 250 - 4501C, les gaz
d'échappement chauds qui sortent du moteur, doivent être le mieux possible isolés dans la phase de démarrage, mais être refroidis pour un fonc10 tionnement prolongé.
On connaît des systèmes de gaz d'échappement qui résolvent ce problème en ce que les gaz d'échappement s'écoulent à travers un système ayant plusieurs tubes parallèles. Quelques-uns des tubes sont thermiquement isolés et d'autres non. Dans les tubes non isolés, les gaz d'échappement sont refroidis par l'air de l'environnement. La commande de la portion des gaz d'échappement, qui circulent à travers les tubes isolés ou les tubes non isolés, est effectuée soit par une pluralité d'organes de réglage ou, en évitant des organes de réglage, en exploitant la circonstance que, avec l'augmentation de la vitesse des gaz d'échappement, une plus grande partie des gaz d'échappement circule à travers les tubes non isolés, comme cela est décrit dans le document US-5 979 1 59. Le système à plusieurs canaux connu ayant des tubes parallèles nécessite une
place relativement importante.
Par ailleurs, il existe des systèmes de gaz d'échappement ayant des tubes de gaz d'échappement isolés par une fente d'air. Par le document DE-1 98 54 095 Ai, on connaît un dispositif pour le traitement ultérieur des gaz d'échappement de machines à combustion interne comportant un conduit de gaz d'échappement dans lequel est intégré un conduit
séparé et, ainsi, une fente annulaire vis-à-vis du tube externe est créée.
Du côté d'entrée, la fente annulaire, mais pas le conduit séparé, est fermée au moyen d'un volet. Pour cela, un évidement correspondant doit être prévu dans le volet. Lorsque le volet est fermé, les gaz d'échappement circulent, de façon isolée par une fente d'air, uniquement à travers le conduit séparé. Si le volet est ouvert, la plus grande partie des gaz d'échappement circule, en raison de la plus faible résistance à
l'écoulement, dans la fente annulaire et est refroidie par l'air environnant.
A partir de cela, l'invention a pour but de développer un tube des gaz d'échappement pour une installation des gaz d'échappement du type précité, de sorte que, pour une faible taille, la température des gaz
d'échappement sortant du tube peut être réglée de façon optimale.
A cet effet, le tube des gaz d'échappement pour l'installation des gaz d'échappement d'un véhicule automobile, qui est agencé entre un moteur à combustion interne engendrant des gaz d'échappement et une conduite d'échappement conduisant les gaz d'échappement dans l'environnement, en particulier entre un catalyseur à trois voies proche du moteur et un adsorbeur de NOX agencé avant la conduite d'échappement, comportant un tube interne guidant les gaz d'échappement et un second tube entourant le tube interne à distance, qui forme, avec le tube interne, une fente annulaire guidant les gaz d'échappement, laquelle peut être fermée par un volet, est remarquable, selon l'invention, en ce que l'axe de pivotement du volet est agencé le long de la paroi du tube interne, et en ce que, dans la zone de pivotement du volet, une ouverture de passage est prévue dans la paroi du tube interne pour l'entrée des gaz d'échappement dans la fente annulaire ou leur sortie de celle-ci, le volet pouvant pivoter entre une position de fermeture de l'ouverture de passage et une position de fermeture du tube interne, y compris des positions intermédiaires. De préférence, l'axe de pivotement du volet est intégré dans la paroi du tube interne, et le volet, dans la position de fermeture de l'ouverture
de passage, se trouve à fleur de la paroi du tube interne.
Avantageusement, le tube interne, au moins dans la zone de pivo5 tement du volet, présente une paroi plane correspondant à l'allure d'un
axe de pivotement droit.
Par ailleurs, le volet peut être réalisé sous forme de lame.
En outre, le second tube étant fermé du côté d'entrée, l'ouverture de passage est prévue dans la zone de chevauchement du tube interne et du second tube du côté d'entrée dans la paroi du tube interne, et l'axe de pivotement du volet est agencé, dans la direction d'écoulement, derrière
l'ouverture de passage.
En revanche, si le second tube est fermé du côté de sortie, l'ouverture de passage est prévue dans la zone de chevauchement du tube interne et du second tube du côté de sortie dans la paroi du tube interne, et l'axe de pivotement du volet est agencé, dans la direction
d'écoulement, devant l'ouverture de passage.
Par ailleurs, le second tube peut être relié par une paroi inclinée au tube interne, l'ouverture de passage se trouvant à l'intérieur du tronçon de
tube prolongé par le chanfrein.
En outre, le second tube peut être entouré par un tube d'enveloppe et former, avec le tube d'enveloppe, une fente annulaire
externe guidant un agent de refroidissement.
L'idée de base de l'invention consiste, grâce à un volet comme moyen de réglage, à fermer soit le tube interne contre un écoulement des gaz d'échappement ou la fente annulaire contre un écoulement des gaz d'échappement, des positions intermédiaires dans la zone de pivotement du volet étant également possibles. L'axe de pivotement du volet est agencé pour cela, dans la direction périphérique, le long de la paroi du tube interne. La surface du volet est coupée de sorte que, dans la position de fermeture pour le tube interne, toute la section transversale du tube interne est recouverte. Dans la zone de pivotement du volet, il est prévu une ouverture de passage dans la paroi du tube pour l'entrée des gaz d'échappement dans la fente annulaire ou leur sortie de celle-ci. Pour empêcher ou limiter une entrée ou une sortie des gaz d'échappement,
cette ouverture de passage est fermée au moyen du volet alors pivoté.
L'avantage de l'invention consiste en ce que, grâce au volet comme moyen de réglage actif, il peut être précisément réglé si et dans quelle quantité les gaz d'échappement circulent à travers le tube interne ou la fente annulaire. De ce fait, la température de travail optimale de l'adsorbeur de NO, peut être réglée. Grâce aux positions intermédiaires, un réglage de température précis des gaz d'échappement en totalité sortant est possible dans tous les états de fonctionnement. Avec le système à 1 5 plusieurs canaux proposé qui est très compact et efficace, la fenêtre de température des gaz d'échappement souhaitée peut être réglée de façon optimale. La commande du volet peut être choisie selon des exigences individuelles.
Pour obtenir un effet de fermeture complet de l'ouverture de pas20 sage, le volet doit présenter au moins la taille de l'ouverture de passage.
Dans la mesure o la surface du volet est plus grande que la surface de passage, le volet vient en appui sur la paroi du tube interne. Déjà, dans cet état, le volet présente uniquement une faible contre-pression des gaz
d'échappement par rapport aux gaz entraînés.
La contre-pression des gaz d'échappement peut être encore minimisée en ce que l'axe de pivotement du volet est intégré dans la paroi du
tube interne et la surface du volet correspond à la surface de passage.
Alors, le volet se trouve, dans l'état de fermeture, à fleur de la paroi du
tube interne. En raison de la position à fleur, les gaz d'échappement peu-
vent circuler, lorsque l'ouverture est fermée, sans gêne à travers le tube interne. Pour obtenir un effet de fermeture complet du tube interne, le volet présente la forme de section transversale du tube interne. Comme l'axe de pivotement est réalisé de façon droite, le tube interne est constitué de façon adaptée, dans la zone de pivotement, par une paroi plane correspondante. Pour des raisons de simplicité lors de la fabrication, le tube
interne peut être également formé sur toute sa longueur en ayant une paroi plane.
Le volet ayant un axe de pivotement droit est avantageusement réalisé sous forme de lame ou sous forme semi-circulaire. Il est avantageusement agencé du côté d'entrée ou du côté de sortie. Il est également possible de placer le volet par exemple au centre du tube interne dans la zone de chevauchement du second tube vis-à-vis du tube interne. Pour remplir sa double fonction ou fonction double de fermeture du volet, il doit être uniquement garanti que l'ouverture de passage soit agencée dans la zone de pivotement ou zone active du volet. Comme le second tube est fermé à chaque fois du côté d'entrée ou du côté d'extrémité, les gaz d'échappement circulent, sur ce côté, non pas de façon concentrique dans
ou hors du tube, mais dans ou hors de l'ouverture de passage.
Comme les gaz d'échappement entrent ou sortent dans la fente annulaire par l'ouverture de passage, il est recommandé, pour des raisons d'un meilleur écoulement des gaz, de relier le second tube par une paroi inclinée au tube interne. L'ouverture de passage est agencée à l'intérieur du tronçon de tube prolongé par le chanfrein. De cette façon, les gaz d'échappement sont guidés à l'entrée d'un côté, de façon appropriée à l'écoulement, dans la fente annulaire ou, à la sortie, de façon appropriée à l'écoulement, ils sont renvoyés sur un côté du tube interne en direction de l'ouverture de passage. Un raccord avec une paroi à angle droit serait
également possible, mais signifierait une perte de pression plus élevée.
Le système proposé à plusieurs canaux peut être constitué de deux tubes et le refroidissement des gaz d'échappement peut être effec5 tué dans la fente annulaire grâce à l'air environnant, dans la mesure o le second tube n'est pas réalisé en ayant une paroi trop épaisse. Pour augmenter l'effet de refroidissement des gaz d'échappement, qui circulent à travers la fente annulaire, le tube des gaz d'échappement est avantageusement réalisé à trois parois. Le second tube est entouré par un tube d'enveloppe qui forme, entre lui et le second tube, une seconde fente
annulaire externe. Un agent de refroidissement, par exemple de l'eau, circule à travers cette fente annulaire. Ainsi, la fente annulaire décrite cidessus est séparée par rapport à la fente annulaire interne.
De tels systèmes de canaux à plusieurs parois peuvent être réali15 sés de façon économique au moyen d'une technique à haute pression interne, des sections transversales conformées de façon complexe, par
exemple au niveau du tube interne, pouvant être également bien réalisées.
Un procédé de fabrication particulièrement approprié est décrit dans le document DE-40 1 9 899 Cl, qui est également approprié pour la fabrication d'un tube à trois parois. Alors, dans une première étape, la fente annulaire interne est élargie dans un premier outil. Ensuite, dans une seconde étape, la fente annulaire externe est conformée dans un second outil à gravure correspondante. Le volet lui-même est facile à couper. Pour son agencement le long
de la paroi du tube interne, aucun boîtier supplémentaire, coulé et mécaniquement usiné, est nécessaire.
Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment
l'invention peut être réalisée.
La figure 1 est une coupe longitudinale d'un tube des gaz
d'échappement avec le volet dans la position d'isolation.
La figure 2 montre la même coupe longitudinale d'un tube des gaz
d'échappement avec le volet dans la position de refroidissement.
La figure 3 est la représentation en coupe X-X de la figure 1.
La figure 4 est la représentation en coupe Y-Y de la figure 1.
La figure 5 est une vue schématique d'un tube des gaz
d'échappement ayant un volet qui est agencé du côté de sortie.
La figure 1 montre le tube des gaz d'échappement 1, qui est inté10 gré dans une installation des gaz d'échappement (non montrée) d'un véhicule automobile entre un moteur à combustion interne engendrant des gaz d'échappement et une conduite d'échappement conduisant les gaz d'échappement dans l'environnement. Dans ce cas, les gaz d'échappement parviennent tout d'abord, par l'intermédiaire d'un collec15 teur, dans un catalyseur à trois voies et, par l'intermédiaire d'un tube des gaz d'échappement, dans un adsorbeur de NOX agencé avant la conduite d'échappement. Le tube des gaz d'échappement 1 comme système à plusieurs canaux comporte un tube interne 2 comme liaison directe entre le catalyseur à trois voies et l'adsorbeur de NON. Le tube interne 2 est entouré par un second tube 3, grâce à quoi, entre le tube interne 2 et te second tube 3, il est formé une fente annulaire interne 4. De façon supplémentaire, un tube d'enveloppe externe 5 est agencé à distance autour du second tube 3, la fente annulaire externe 6 en résultant étant traversée par un agent de refroidissement KM, qui entre et sort par un raccord d'amenée (non montré) ou un raccord de sortie 7. Ces raccords 7 sont
reliés à une unité de refroidissement (non montrée).
Dans la forme de réalisation montrée, le second tube 3 est fermé du côté d'entrée et est relié par une paroi inclinée 8 à la paroi externe 9
du tube interne 2. Par ailleurs, le second tube 3 présente un chanfrein 10.
Ainsi, il est formé un tronçon de tube prolongé 1 1 sur un côté du tube interne 2. A l'intérieur de ce tronçon de tube prolongé 1 1 et dans la zone de chevauchement entre le second tube 3 et le tube interne 2, il est prévu une ouverture de passage 1 2, dans ce cas une ouverture d'entrée, pour les gaz d'échappement AG dans la fente annulaire interne 4. Cette ouverture de passage 1 2 peut être également désignée comme évidement ou
fenêtre. La forme de l'ouverture de passage 12 est visible sur la figure 4.
L'axe de pivotement droit 13 du volet de commutation ou de réglage 14 s'étend le long de la paroi 1 5 du tube interne et est intégré, dans l'exemple montré, dans la paroi 15 du tube interne. La figure 1 montre le volet 1 4 dans la position de fermeture complète pour l'ouverture de passage 1 2. Cela correspond à la position préférée dans la phase de démarrage du moteur, dans laquelle les gaz d'échappement, de façon isolée par une fente d'air, doivent être maintenus à température. 100% des gaz d'échappement AG circulent à travers le tube interne 2 isolé par une fente d'air. Pour obtenir un démarrage très rapide de l'adsorbeur de NON, le tube interne 2 est réalisé en ayant une paroi mince. Il absorbe ainsi peu de chaleur et est chauffé rapidement ce qui est facilité en raison de l'isolation
par la fente annulaire interne 4.
La figure 2 représente la position de refroidissement du volet 14.
Par la ligne en pointillés, il est montré la zone de pivotement du volet 14, la position de refroidissement étant déjà atteinte pour un angle de pivotement inférieur à 90 . Dans cette position, les gaz d'échappement AG circulent uniquement dans la fente annulaire interne 4 et se refroidissent au contact de l'agent de refroidissement KM circulant dans la fente annulaire
externe 6.
La figure 3 montre la coupe X-X de la figure 1, à partir de laquelle on voit que l'axe de pivotement 1 3, la surface du volet ainsi que la paroi du tube interne se trouvent dans un plan. L'extrémité droite du volet 1 6 est reliée à un arbre 1 7 qui, du côté d'extrémité, est monté de façon pivotante dans par exemple un palier glissant 1 8a, b. A une extrémité 1 9 de l'arbre, il est soudé un organe de réglage 20, ici sous forme de barre, grâce auquel l'angle de pivotement du volet peut être réglé. La commande de l'organe de réglage 20 et, ainsi, du volet est variable et peut être réalisée de façon purement mécanique, de façon pneumatique ou également
par un capteur de température engendrant une force, comme un bimétal.
L'axe du volet constitue par ailleurs un lieu pour une mesure de température, du fait que celui-ci est toujours entouré par des gaz d'échappement.
Les paliers 18a, b sont soudés (21) aux parois du tube.
Le clapet 14 lui-même est sous forme de lame, comme on le voit sur la figure 4, qui montre la coupe Y-Y de la figure 1. On voit bien que la surface du volet correspond à la surface de l'ouverture de passage. La coupe 22 du volet 14 permet justement un positionnement à fleur du volet 14 dans l'ouverture de passage 12. Le second tube 3 est soudé à la paroi externe du tube interne 2 (23), en commençant sensiblement à l'extrémité
de l'ouverture de passage 1 2 de façon périphérique.
Sur la figure 5, il est représenté un agencement alternatif de
l'ouverture de passage 1 2' à l'extrémité du tube des gaz d'échappement.
Le second tube 3 est relié, du côté d'extrémité, au tube interne 2. Pour permettre la fonction double du volet 14, l'axe de pivotement 13 est
agencé, dans la direction d'écoulement, avant l'ouverture de passage 12'.
La coupe 22 du volet 14 est sensiblement semi-circulaire, ce qui correspond à la section transversale du tube interne 2. Les gaz d'échappement AG circulant à travers le tube interne 2 sont isolés thermiquement par des gaz d'échappement se trouvant dans la fente annulaire interne 4. Dans cet exemple, l'effet de la liaison inclinée du second tube 3 vis-à-vis du tube interne 2 est notable. Les gaz d'échappement AG sont guidés, de façon appropriée à l'écoulement, à partir de la section transversale complète de 1 1 la fente annulaire au niveau du chanfrein 10 le long du côté externe du tube interne dans la partie au-dessous de l'ouverture 12' et sortent alors
radialement de l'ouverture de passage 1 2' dans le tube interne 2.

Claims (8)

REVENDICATIONS
1. Tube des gaz d'échappement (1) pour l'installation des gaz d'échappement d'un véhicule automobile, qui est agencé entre un moteur à combustion interne engendrant des gaz d'échappement et une conduite d'échappement conduisant les gaz d'échappement dans l'environnement, en particulier entre un catalyseur à trois voies proche du moteur et un adsorbeur de NOX agencé avant la conduite d'échappement, comportant un tube interne (2) guidant les gaz d'échappement (AG) et un second tube (3) entourant le tube interne (2) à distance, qui forme, avec le tube interne (2), une fente annulaire (4) guidant les gaz d'échappement (AG), laquelle peut être fermée par un volet (14), caractérisé en ce que l'axe de pivotement (13) du volet (14) est agencé le long de la paroi (1 5) du tube interne, et en ce que, dans la zone de pivotement du volet (14), une ouverture de passage (12) est prévue dans la paroi (15) du tube interne pour l'entrée des gaz d'échappement dans la fente annulaire (4) ou leur sortie de celle-ci, le volet (14) pouvant pivoter
entre une position de fermeture de l'ouverture de passage (1 2) et une position de fermeture du tube interne (2), y compris des positions intermédiaires.
2. Tube des gaz d'échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'axe de pivotement (13) du volet (14) est intégré dans la paroi (15) du tube interne, et le volet (14), dans la position de fermeture de l'ouverture de passage (1 2), se trouve à fleur de la paroi du
tube interne.
3. Tube des gaz d'échappement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le tube interne (2), au moins dans la zone de pivotement du volet (14), présente une paroi plane (15) correspondant à
l'allure d'un axe de pivotement (13) droit.
4. Tube des gaz d'échappement selon une des revendications 1 à
3,
caractérisé en ce que le volet (14) est réalisé sous forme de lame.
5. Tube des gaz d'échappement selon une des revendications 1 à
4,
caractérisé en ce que le second tube (3) est fermé du côté d'entrée, en ce que l'ouverture de passage (1 2) est prévue dans la zone de chevauchement du tube interne (2) et du second tube (3) du côté d'entrée dans la paroi (15) du tube interne, et en ce que l'axe de pivotement (13) du volet (14) est agencé, dans la direction d'écoulement, derrière l'ouverture de
passage (1 2).
6. Tube des gaz d'échappement selon une des revendications 1 à
4, caractérisé en ce que le second tube (3) est fermé du côté de sortie, en ce que l'ouverture de passage (12') est prévue dans la zone de chevauchement du tube interne (2) et du second tube (3) du côté de sortie dans la paroi (15) du tube interne, et en ce que l'axe de pivotement (13) du volet (14) est agencé, dans la direction d'écoulement, devant l'ouverture de
passage (12').
7. Tube des gaz d'échappement selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le second tube (3) est relié par une paroi inclinée (8) au tube interne (2), l'ouverture de passage (12, 12') se trouvant à
l'intérieur du tronçon de tube (1 1) prolongé par le chanfrein.
8. Tube des gaz d'échappement selon une des revendications pré25 cédentes,
caractérisé en ce que le second tube (3) est entouré par un tube
d'enveloppe (5) et forme, avec le tube d'enveloppe (5), une fente annulaire externe (6) guidant un agent de refroidissement (KM).
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