Brevet FR2891305A1 — publié le 20070330

L'invention concerne les lignes d'échappement des moteurs de véhicule. Les normes de dépollution deviennent de plus en plus contraignantes pour les constructeurs automobiles. Ainsi les émissions de particules des moteurs diesel sont très surveillées. Afin de réduire le nombre de particules sortant de la ligne d'échappement, les véhicules sont maintenant équipés de filtres à particules. Ces filtres stockent les particules et doivent donc être vidés (c'est-à-dire régénérés) régulièrement. Cette régénération a lieu lorsque la température des gaz d'échappement traversant le filtre atteint un niveau suffisant pour permettre la combustion des particules. Pour atteindre cette température suffisamment élevée, il est commun de placer le filtre à particules près de la sortie de la culasse afin de bénéficier de la température de gaz la plus élevée. Toutefois cela n'est pas toujours possible pour des questions d'encombrement dans le cocon moteur du véhicule. Il faut donc alors trouver une solution pour augmenter la température des gaz d'échappement juste en amont du filtre. Une solution couramment envisagée pour cela est d'implanter un injecteur en amont du filtre à particules. Ce dispositif permet, en injectant du carburant dans la ligne d'échappement à ce niveau, de provoquer une combustion juste en amont du filtre et ainsi d'augmenter la température des gaz dans le filtre. Toutefois, la combustion n'a pas lieu en général de façon optimale. Ainsi, elle n'utilise pas tout l'oxygène encore disponible dans les gaz d'échappement. De plus, il peut se former des gouttelettes de carburant qui sont difficiles à brûler et risquent par ailleurs de se déposer sur les parois de la ligne d'échappement. Un but de l'invention est d'optimiser cette combustion. A cet effet, on prévoit selon l'invention une ligne d'échappement de moteur de véhicule, comprenant: - un catalyseur d'oxydation; - un injecteur de carburant en aval du catalyseur; et - un filtre à particules, la ligne comprenant également des moyens pour mettre en rotation un fluide de la ligne en aval de l'injecteur et en amont du filtre. Ainsi, la rotation du mélange formé par le gaz et le carburant permet d'améliorer la qualité de ce mélange en vue d'utiliser tout l'oxygène encore disponible dans les gaz d'échappement et d'éviter la formation de gouttelettes. En particulier, dans certains moteurs actuels, la distance entre le point d'injection et l'entrée du filtre est particulièrement courte. L'invention facilite et accélère la vaporisation du carburant même avec une telle configuration. La ligne d'échappement selon l'invention pourra présenter en outre au moins l'une quelconque des caractéristiques suivantes: - les moyens de mise en rotation sont agencés de sorte que la rotation s'effectue localement autour d'un axe parallèle à l'axe local de la ligne d'échappement; - la ligne est agencée de sorte qu'une direction de l'injection est confondue localement avec un axe de la rotation; - la ligne est agencée de sorte que des gaz de la ligne sont acheminés au lieu de l'injection suivant une direction tangentielle au mouvement de rotation; - la ligne comprend un conduit de forme hélicoïdale s'étendant en amont de l'injecteur; - le conduit a une section de superficie décroissante d'amont en aval; et - les moyens de mise en rotation comprennent au moins un déflecteur et de préférence plusieurs. On prévoit également selon l'invention un moteur comprenant une ligne d'échappement selon l'invention, et un véhicule comprenant un tel moteur. On prévoit enfin selon l'invention un procédé de commande d'une ligne d'échappement d'un moteur de véhicule dans lequel: - on injecte du carburant en aval d'un catalyseur d'oxydation; et - on met en rotation un fluide de la ligne en aval d'un lieu de l'injection et en amont d'un filtre à particules. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description suivante de trois modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue schématique d'une ligne d'échappement montrant le principe de l'invention - la figure 2 montre une partie de cette ligne dans un premier mode de réalisation; - les figures 3, 4 et 5 sont des vues en perspectives d'une partie de la ligne dans un deuxième mode de réalisation de l'invention; et - les figures 6 et 7 sont respectivement des vues partielles en perspective et en vue axiale d'une partie de la ligne dans un troisième mode de réalisation de l'invention. On a illustré à la figure 1 une ligne d'échappement selon l'invention pour un véhicule automobile diesel. La ligne 2 comprend un collecteur d'échappement 4 ayant pour fonction de réunir en un seul conduit les gaz sortant de chacun des cylindres de la culasse 6 du bloc moteur. La ligne comprend dans le présent exemple une turbine 8 d'un turbocompresseur 12, cette turbine étant entraînée par les gaz provenant du collecteur 4. Le but est de récupérer l'énergie des gaz d'échappement afin de créer une surpression des gaz frais à l'admission au moyen du compresseur 10 entraîné par la turbine 8. Le moteur est dans ce cas un moteur suralimenté. La ligne d'échappement comprend en aval de la turbine 8 un catalyseur ou convertisseur catalytique 14 ayant pour but de traiter certains polluants compris dans les gaz d'échappement. Naturellement on pourra prévoir que la ligne 2 comprend non pas un mais plusieurs catalyseurs. Elle comprend un conduit 16 mettant en communication la sortie du catalyseur avec l'entrée d'un filtre à particules 18 dont la fonction est de stocker les particules acheminées par les gaz jusqu'à ce qu'elles soient détruites lors de la régénération du filtre. La ligne d'échappement 2 comprend en outre un injecteur 22 agencé pour injecter dans le conduit 16 en aval du catalyseur 14 et en amont du filtre 18 du carburant destiné à se mélanger avec les gaz sortant du catalyseur 14. Les différents composants 4, 8, 14, 16 et 18 sont disposés en série les uns des autres dans la ligne. On va décrire dans la suite en référence aux figures 2 à 7 différents modes de réalisation de la partie de la ligne comprenant le conduit 16. Dans ce conduit situé en aval du catalyseur 14 et en amont du filtre à particules 18, on crée un mouvement de rotation au sein du fluide transitant par la ligne. Dans ces différents exemples, le mouvement de rotation présente localement un axe de rotation 20 qui coïncide avec l'axe local du conduit 16. Dans les différents exemples qui seront décrits, le conduit 16 est rectiligne. Dans le premier mode de réalisation illustré à la figure 2, le conduit 15 mettant en communication la sortie du catalyseur 14 avec le conduit 16 (il s'agit par exemple du cône de sortie du catalyseur) débouche dans la paroi latérale du conduit 16. L'injecteur 22 est positionné à une extrémité axiale amont 24 du conduit 16 afin d'injecter le carburant suivant un cône 26 dont l'axe coïncide avec l'axe 20 de la rotation escomptée et l'axe local du conduit 16. Le conduit 15 est rectiligne et incliné par rapport au conduit 16 et son axe 28 n'est pas sécant avec l'axe 20, ce qui permet d'introduire les gaz provenant du catalyseur 14 dans le conduit 16 en leur donnant le mouvement de rotation autour de l'axe 20 illustré à la figure 2 et de les injecter vers l'aval du conduit 16. Comme on le voit, les gaz sont ainsi acheminés au lieu de l'injection suivant une direction tangentielle au mouvement de rotation. Grâce à cette orientation, les gaz se mélangent convenablement avec le carburant injecté à cet endroit. Le mouvement de rotation est plus précisément un mouvement hélicoïdal d'axe 20 à pas constant et rayon constant. Une combustion spontanée 30 s'effectue peu après cette mise en rotation, en amont du filtre 18, pour obtenir la température permettant sa régénération. Dans le deuxième mode de réalisation illustré aux figures 3 à 5, le conduit 15 a une forme hélicoïdale. L'axe 30 de l'hélice est confondu en l'espèce avec l'axe 20 du conduit 16 et de l'injecteur 22. La section transversale du conduit 15 a une superficie qui va en se rétrécissant d'amont en aval de même que le rayon de l'hélice. Cette forme du conduit 15 accentue encore le mouvement de rotation conféré au gaz envoyé par le conduit 15 dans le conduit 16. On retrouve dans ce mode de réalisation le décalage local des axes 28 et 20 déjà présenté en référence à la figure 2. Enfin dans le troisième mode de réalisation illustré aux figures 6 et 7, une section du conduit 16 présente un rétrécissement à l'extrémité aval duquel sont disposés un ou plusieurs déflecteurs ou ailettes 36. Ces déflecteurs sont ici au nombre de quatre. Ces déflecteurs ont pour fonction de donner au gaz franchissant ce rétrécissement un mouvement de rotation ici encore orienté suivant l'axe 20 du conduit 16, et impulsé en aval du lieu de l'injection effectuée par l'injecteur 22. Les ailettes ont en l'espèce une forme triangulaire approchant celle d'un triangle isocèle quoique non plane et présentent une inclinaison par rapport à l'axe 20 permettant de produire la rotation précitée. On fera en sorte de générer un mouvement de rotation relativement modéré pour éviter la projection de gouttes de carburant contre les parois des conduits, ce qui formerait un film liquide et irait à l'encontre de l'effet recherché en dégradant la combustion. De plus, une mise en rotation de l'écoulement trop intense accroîtrait les pertes de charge dans la ligne d'échappement. La présente invention permet ainsi de générer un mouvement de rotation dans le conduit entre le point d'injection du carburant et l'entrée du filtre à particules, afin d'optimiser le mélange du carburant avec le comburant. Bien entendu on pourra apporter à l'invention de nombreuses modifications sans sortir du cadre de celle-ci. REVENDICATIONS 1. Ligne d'échappement (2) de moteur de véhicule, comprenant: - un catalyseur d'oxydation (14) ; - un injecteur de carburant (22) en aval du catalyseur; et - un filtre à particules (18), caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens (15; 36) pour mettre en rotation un fluide de la ligne en aval de l'injecteur et en amont du filtre. 2. Ligne d'échappement (2) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les moyens de mise en rotation (15; 36) sont agencés de sorte que la rotation s'effectue localement autour d'un axe (20) parallèle à l'axe local de la ligne d'échappement. 3. Ligne d'échappement (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est agencée de sorte qu'une direction de l'injection est confondue localement avec un axe (20) de la rotation. 4. Ligne d'échappement (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est agencée de sorte que des gaz de la ligne sont acheminés au lieu de l'injection suivant une direction tangentielle au mouvement de rotation. 5. Ligne d'échappement (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend un conduit (15) de forme hélicoïdale s'étendant en amont de l'injecteur (22). 6. Ligne d'échappement (2) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le conduit (15) a une section de superficie décroissante d'amont en aval. 7. Ligne d'échappement (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens de mise en rotation comprennent au moins un déflecteur (36) et de préférence plusieurs. 8. Moteur, caractérisé en ce qu'il comprend une ligne d'échappement selon l'une quelconque des revendications précédentes. 9. Véhicule caractérisé en ce qu'il comprend un moteur selon la 10 revendication précédente. 10. Procédé de commande d'une ligne d'échappement d'un moteur de véhicule, caractérisé en ce que: - on injecte du carburant en aval d'un catalyseur d'oxydation (14) ; et - on met en rotation un fluide de la ligne en aval d'un lieu de l'injection et en amont d'un filtre à particules (18).