Brevet FR2892449A1 — publié le 20070427

Ligne d'échappement d'un moteur L'invention concerne les lignes d'échappement des moteurs et en particulier les lignes d'échappement de véhicule utilisant un moteur diesel. Les normes antipollution imposent aux constructeurs automobiles d'équiper leurs véhicules de systèmes permettant la réduction d'émission de particules sortant de l'échappement. Des filtres à particules sont donc disposés sur la ligne d'échappement. Les particules s'accumulent alors sur ces filtres qu'il faut régénérer régulièrement. Cette régénération intervient lorsque la température au niveau du filtre s'élève suffisamment pour entraîner la combustion des particules accumulées. Pour effectuer cette augmentation de température, une solution récente consiste à placer un injecteur sur le système d'échappement. L'injection du carburant permet une combustion du mélange formé par le carburant et les gaz d'échappement, entraînant ainsi une augmentation de température. La mise en place de dispositifs améliorant le mélange des gaz d'échappement avec le carburant sur la ligne d'échappement, peut conduire à une augmentation de la contre pression d'échappement qui pénalise la vidange des gaz brûlés et par conséquent le remplissage d'air qui est un facteur important des performances du moteur. Le but de cette invention est de fournir une ligne d'échappement améliorée. La présente invention expose une ligne d'échappement de moteur, comprenant un conduit principal d'échappement, un conduit de dérivation, un dispositif mélangeur des gaz d'échappement avec un additif, et un dispositif de traitement de gaz d'échappement situé en aval du mélangeur, ledit conduit de dérivation comportant une entrée et une sortie, toutes deux liées au conduit principal entre le moteur et le dispositif de traitement des gaz d'échappement, ledit dispositif mélangeur étant monté sur le conduit de dérivation en parallèle par rapport au conduit principal, le mélangeur étant adapté pour monter un injecteur afin d'introduire l'additif dans le gaz d'échappement traversant ledit mélangeur, ledit mélangeur peut comprendre un compartiment définissant un volume cylindrique de mélange ayant une entrée tangentielle au volume cylindrique, et 2 une sortie éloignée de ladite entrée, l'une et l'autre étant adaptées pour créer un mouvement de rotation des gaz d'échappement dans le volume de mélange. Un des avantages de l'invention est de permettre au mélange de se faire en parallèle du conduit d'échappement principal dans un mélangeur créant un mouvement de rotation des gaz d'échappement. On crée alors un mélange homogène en évitant une dégradation de la perméabilité du circuit principale. La ligne d'échappement peut aussi comporter une vanne adaptée à diriger une partie des gaz d'échappement vers le mélangeur pendant une phase de régénération du dispositif de traitement des gaz d'échappement. La vanne peut être placée dans le conduit principal entre le conduit d'entrée et le conduit de sortie, ladite vanne étant contrôlée durant la phase de régénération du dispositif de traitement des gaz d'échappement afin de créer une contre pression en amont de la dite vanne. Ladite vanne peut être une vanne papillon ou peut être une vanne 15 comportant plus que deux voies. La ligne d'échappement peut comporter en plus un système de recirculation des gaz d'échappement, ledit système de recirculation des gaz d'échappement utilisant la même vanne que le mélangeur. Le moteur peut être un moteur diesel et le dispositif de traitement de gaz 20 d'échappement peut comporter au moins un filtre à particules. La présente invention fournit aussi un mélangeur pour une ligne d'échappement qui peut être un mélangeur adapté pour monter un injecteur afin d'introduire l'additif dans le gaz d'échappement traversant ledit mélangeur, et qui peut comprendre un compartiment définissant un volume cylindrique de mélange 25 ayant une entrée, tangentielle au volume cylindrique, et une sortie éloignée de ladite entrée, l'une et l'autre étant adaptées pour créer un mouvement de rotation des gaz d'échappement dans le volume de mélange. La présente invention fournit aussi un procédé de régénération d'un filtre à particule d'un moteur diesel, comportant les étapes suivantes : 30 - dirigeant une partie des gaz d'échappement dans un conduit de dérivation en parallèle au conduit principal d'une ligne d'échappement dudit moteur à l'aide d'un moyen de dérivation; 3 -mélangeant un additif dans ledit gaz d'échappement dans un mélangeur disposé dans ledit conduit de dérivation, avec un mouvement de rotation des gaz d'échappement traversant ledit mélangeur; et - ramenant ledit mélange au conduit principal en amont du filtre à particules. L'invention sera désormais décrite sous formes d'exemples en référence aux dessins annexés suivants : - la figure 1 est une vue schématique d'une partie d'une ligne d'échappement montrant le principe de l'invention; la figure 2 est une vue schématique d'une variante de la réalisation de la ligne d'échappement et ; la figure 3 est une vue schématique d'un véhicule comportant un moteur et une ligne d'échappement ; En référence aux figures, un véhicule 10 comprend un moteur 12 dont l'échappement se fait par une ligne d'échappement 14. La ligne d'échappement 14 comprend un conduit principal 16 qui relie le moteur 12 à un dispositif de traitement des gaz d'échappement qui est dans cet exemple un filtre à particule (FAP) 18. La ligne d'échappement 14 comprend aussi un dispositif pour introduire un additif dans les gaz d'échappement en amont du FAP 18. Le dispositif utilisé dans cet exemple consiste en un injecteur de carburant 20 adapté à la régénération du FAP 18. Cet injecteur n'introduit pas directement le carburant dans le conduit d'échappement 16. Le mélange des gaz d'échappement et du carburant injecté se fait dans un mélangeur 22 qui est ponté par un conduit de dérivation 24 en parallèle du conduit d'échappement principal 16 entre le moteur 12 et le FAP 18. Le mélangeur 22 comporte un compartiment définissant un volume cylindrique de mélange 28 avec un écoulement de gaz en rotation à l'effet similaire à une chambre de combustion de type tourbillonnaire (dit swirl en anglais) d'un moteur. Les gaz d'échappement entrent dans le volume de mélange 28 par une conduite d'entrée 26 et en ressortent par une conduite de sortie 32 pour quitter le mélangeur 22 et rejoindre ensuite la conduite d'échappement principale 16 en aval de la conduite d'entrée 26 et en amont du FAP 18. 4 Les gaz d'échappement entrent tangentiellement au volume cylindrique 28 du mélangeur 22 et engendrent donc un mouvement de rotation des gaz dans ce volume 28. L'injecteur 20 introduit le carburant dans le mouvement aérodynamique créé dans le volume de mélange 28, par exemple au centre de cette structure, de manière à obtenir un mélange substantiellement homogène avec les gaz d'échappement. Ce mélange se poursuit dans le rétrécissement progressif du volume cylindrique vers le conduit 32 où le mouvement de rotation est accéléré. Une vanne, dans ce cas de type papillon 30, est positionnée dans le conduit d'échappement principal 16 entre la conduite d'entrée 26 et la conduite de sortie 32 du mélangeur 22. Le fonctionnement de cette invention est le suivant : Lorsque le FAP 18 nécessite d'être régénéré, l'injecteur 20 est activé pour injecter le carburant dans le volume de mélange 28. Le mélange de gaz d'échappement et de carburant se dirige vers le FAP 18 et la chaleur générée par sa combustion entraîne la combustion des particules déposées sur le FAP 18 ou tout du moins aide le FAP 18 à atteindre une température suffisante pour se régénérer. La vanne papillon 30 est utilisée pour créer la contre pression nécessaire 20 pour forcer tout ou partie des gaz d'échappement à emprunter le conduit de dérivation 24 vers le mélangeur 22. L'avantage de l'invention est de permettre au mélange de se faire en parallèle du conduit d'échappement principal 16. On évite ainsi une dégradation de la perméabilité du circuit principale ce qui ne pénalise pas la 25 vidange des gaz brûlés dans le moteur 12 et par conséquent le remplissage d'air qui est un facteur important des performances du moteur. Dans une variante de la présente invention se référant désormais à la figure 2, la ligne d'échappement 14 comprend en plus une vanne RGE (Recirculation des Gaz d'Echappement) 34 contrôlant la réutilisation d'une partie 30 des gaz d'échappement vers le moteur 12 au travers d'un conduit RGE 36. Dans cette variante, la valve papillon 30 peut aussi être utilisée pour créer une contre pression pour l'admission des gaz d'échappement vers le conduit RGE 36, l'avantage étant de ne pas utiliser de composants supplémentaires, nécessaires à la ligne d'échappement en utilisant une vanne papillon existante du système RGE. Une autre variante de la ligne d'échappement avec conduit RGE 36 serait d'utiliser une vanne trois voies dans la ligne d'échappement 14 permettant ainsi 5 de sélectionner entre le conduit d'échappement principal 16, le conduit de dérivation 24 ou le conduit RGE 36 pour faire circuler les gaz d'échappement. REVENDICATIONS 1. Ligne d'échappement de moteur (12), comprenant un conduit principal d'échappement (16), un conduit de dérivation (24), un dispositif mélangeur (22) des gaz d'échappement avec un additif, et un dispositif de traitement de gaz d'échappement (18) situé en aval du mélangeur, ledit conduit de dérivation comportant une entrée (26) et une sortie (32), toutes deux liées au conduit principal entre le moteur (12) et le dispositif de traitement des gaz d'échappement (18), ledit dispositif mélangeur (22) étant monté sur le conduit de dérivation (24) en parallèle par rapport au conduit principal (16), le mélangeur (22) étant adapté pour monter un injecteur (20) afin d'introduire l'additif dans le gaz d'échappement traversant ledit mélangeur, caractérisée en ce que le mélangeur (22) comprend un compartiment (28) définissant un volume cylindrique de mélange ayant une entrée (26) tangentielle au volume cylindrique, et une sortie (32) éloignée de ladite entrée, l'une et l'autre étant adaptées pour créer un mouvement de rotation des gaz d'échappement dans le volume de mélange. 2. Ligne d'échappement selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte aussi une vanne (30) adaptée à diriger une partie des gaz d'échappement vers le mélangeur (22) pendant une phase de régénération du dispositif de traitement des gaz d'échappement (18). 3. Ligne d'échappement selon la revendication 2, caractérisée en ce la vanne (30) est placée dans le conduit principal (16) entre le conduit d'entrée (26) et le conduit de sortie (32), ladite vanne étant contrôlée durant la phase de régénération du dispositif de traitement des gaz d'échappement (18) afin de créer une contre pression en amont de la dite vanne. 4. Ligne d'échappement selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que ladite vanne (30) est une vanne papillon. 7 5. Ligne d'échappement selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que ladite vanne (30) est une vanne comportant plus que deux voies. 6. Ligne d'échappement selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que la ligne d'échappement comporte en plus un système de recirculation des gaz d'échappement (34, 36), ledit système de recirculation des gaz d'échappement utilisant la même vanne de contre pression que le mélangeur (22). 7. Ligne d'échappement selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le moteur (12) est un moteur diesel et en ce que le dispositif de traitement de gaz d'échappement (18) comporte au moins un filtre à particules. 8. Mélangeur pour une ligne d'échappement selon l'une des revendications précédentes, le mélangeur (22) étant adapté pour monter un injecteur (20) afin d'introduire l'additif dans le gaz d'échappement traversant ledit mélangeur, caractérisé en ce que le mélangeur (22) comprend un compartiment (28) définissant un volume cylindrique de mélange ayant une entrée (26), tangentielle au volume cylindrique, et une sortie (32) éloignée de ladite entrée, l'une et l'autre étant adaptées pour créer un mouvement de rotation des gaz d'échappement dans le volume de mélange. 9. Procédé de régénération d'un filtre à particule (18) d'un moteur diesel (12), comportant les étapes suivantes : - dirigeant une partie des gaz d'échappement dans un conduit de dérivation (24) en parallèle au conduit principal (16) d'une ligne d'échappement dudit moteur à l'aide d'un moyen de dérivation (30) ; - mélangeant un additif dans ledit gaz d'échappement dans un mélangeur disposé dans ledit conduit de dérivation, avec un mouvement de rotation des gaz d'échappement traversant ledit mélangeur; et8 - ramenant ledit mélange au conduit principal en amont du filtre à particules.