Brevet FR2905992A3 — publié le 20080321

FR 2905992 A3 20080321 FR 0653784 A 20060918 Support refroidi pour la fixation d'un injecteur à l'échappement L'invention concerne un support refroidi pour la fixation d'un injecteur à l'échappement utilisé notamment pour la régénération d'un dispositif de dépollution, tels que par exemple, un filtre à particules équipant un véhicule automobile. L'invention concerne plus particulièrement le refroidissement d'un tel support d'injecteur. Les moteurs à combustion interne produisent et émettent io dans les gaz d'échappement des substances polluantes toxiques, en particulier des oxydes d'azote ou NOx et des particules de suies. Or, les normes antipollution applicables aux véhicules automobiles imposent aux constructeurs des quantités maximales 15 de substances polluantes rejetées dans l'atmosphère qui doivent être de plus en plus faibles. C'est la raison pour laquelle l'utilisation d'un dispositif de dépollution des gaz d'échappement, tel qu'un filtre à particules, en aval du moteur pour éliminer des gaz d'échappement les 20 particules de suie produites lors de la combustion, est devenue presque incontournable. Un tel dispositif de dépollution des gaz d'échappement est donc agencé dans une partie de la ligne d'échappement qui est située en aval du moteur à combustion. 25 Afin d'éviter l'accumulation des suies dans les filtres à particules, on connaît des procédés dits de régénération des filtres à particules. La régénération consiste à élever la température des gaz d'échappement de manière à brûler et/ou oxyder les particules de 30 suie emprisonnées dans les alvéoles du filtre à particules afin d'obtenir des particules de suie plus fines qui ne sont plus retenues par les alvéoles du filtre à particules et qui sont ainsi rejetées avec les gaz d'échappement. 2905992 2 Pour élever la température, on augmente la température des gaz à l'échappement en réalisant une combustion décalée dans le temps par rapport à la combustion principale. Pour cela, on injecte une faible quantité de carburant à 5 l'échappement de gaz afin de réaliser une nouvelle combustion, appelée post-combustion. Le carburant est injecté à l'échappement au moyen d'un injecteur dans le circuit d'échappement des gaz au moyen d'un support. io Pour que la régénération ait lieu dans de bonnes conditions, l'injecteur d'échappement doit être dans des conditions thermiques déterminées. Pour ce faire, l'injecteur d'échappement est refroidi par l'intermédiaire de son support. 15 Des moyens de refroidissement connus de l'état de la technique sont basés sur un échange thermique avec un liquide refroidisseur. Dans l'état de la technique, le support d'un tel injecteur comporte donc des moyens pour faire circuler un liquide 20 refroidisseur afin de maintenir l'injecteur d'échappement à sa température de travail. Ces moyens nécessitent d'une part que le support soit creux de manière que le liquide puisse circuler à l'intérieur. Les moyens de refroidissement basés sur l'échange 25 thermique avec un liquide nécessitent d'autre part de nombreux agencements sur le support, comme il est enseigné par exemple dans les documents JP-A-09096212 ou FR-A-2.725.755. Les moyens de refroidissement avec un liquide nécessitent notamment un orifice d'entrée de liquide, un orifice de sortie de 30 liquide, un circuit de refroidissement, éventuellement un réservoir pour stocker le liquide, et des moyens pour assurer l'étanchéité du support par exemple un ensemble de joints. 2905992 3 La présente invention propose de répondre aux difficultés d'usinage et d'agencement d'un tel support en proposant un support d'injecteur du type décrit précédemment caractérisé en ce que le corps comporte une surface d'échange thermique avec l'air 5 ambiant de manière à évacuer la chaleur et refroidir l'injecteur. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - la surface d'échange thermique comporte au moins une ailette de refroidissement qui s'étend depuis le corps vers l'extérieur du support ; io - la surface d'échange thermique comporte plusieurs ailettes agencées régulièrement autour du corps de manière à augmenter l'échange thermique avec l'air ; - chaque ailette est une plaque parallèle à l'axe de l'injecteur ; 15 - chaque ailette s'étend dans un plan axial ; - chaque ailette est une plaque orthogonale à l'axe de l'injecteur ; - le support est réalisé en aluminium ; - le support est réalisé en une seule pièce par moulage. 20 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins en annexe dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un 25 support d'injecteur à l'échappement selon un premier mode de réalisation de l'invention - la figure 2 est une vue en coupe par un plan transversal du support selon le premier mode de réalisation de l'invention, qui est représenté en association avec le filtre à particules qu'il 30 équipe - la figure 3 est une vue en coupe transversale d'un support selon une première variante d'un deuxième mode de réalisation de l'invention 2905992 4 - la figure 4 est une vue schématique de dessus d'un support d'injecteur à l'échappement selon un troisième mode réalisation de l'invention - la figure 5 est une vue schématique de dessus d'un 5 support d'injecteur à l'échappement selon une deuxième variante du premier mode réalisation de l'invention. Dans la description qui va suivre des éléments identiques, analogues ou similaires seront désignés par les mêmes chiffres de référence. io Dans la description et dans les revendications, on adoptera à titre non limitatif la terminologie longitudinale, verticale et transversale en référence au trièdre (L, V, T) représenté sur les figures. On a représenté aux figures 1 et 2 un support refroidi par 15 air pour la fixation d'un injecteur à l'échappement selon un premier mode de réalisation l'invention. Un tel support 10 est monté en lieu et place d'un support refroidi par liquide, connu de l'état de la technique. De manière connue, le support 10 est agencé sur la ligne 20 d'échappement des gaz brûlés issus d'une combustion principale, notamment à l'entrée d'un filtre à particules à régénération. Le support 10 est agencé soit en aval d'un pot catalytique, lui-même agencé dans le collecteur d'échappement, soit en aval d'une turbine qui entraîne en rotation un compresseur situé en 25 amont du moteur thermique dans le cas d'un moteur suralimenté en air. Un tel support 10 peut être réalisé en aluminium en fonderie par moulage ou bien fritté et réalisé dans un alliage permettant un meilleur échange thermique. 30 Le support 10 comporte plus particulièrement un corps 11 qui s'étend globalement dans un plan horizontal L, T. Le support 10 est apte à loger un injecteur 20 de forme cylindrique étagée, ici vertical d'axe A, qui comporte un corps 2905992 5 supérieur 25, un tronçon intermédiaire 23 et un nez inférieur d'injecteur 21 à partir duquel est libéré une quantité suffisante, de carburant ou de toute autre substance oxydante, de manière à brûler et/ou oxyder les particules de suies présentes dans le filtre 5 à particules. Le corps 11 comporte un logement 14, percé verticalement, qui est apte à recevoir l'injecteur 20 avec l'interposition d'un joint d'étanchéité 13. Le corps 11 comporte des moyens de fixation de l'injecteur io 20 sur le support 10, comme par exemple un trou 16 taraudé apte à recevoir une vis retenant une bride de fixation (non représentés) pour fixer l'injecteur 20 dans son logement 14 du support 10. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le 15 corps 11 du support 10 comporte une face d'appui 18 surélevée par rapport au plan longitudinal du support 10 sur laquelle s'appuie la bride de fixation. Afin d'assurer la fonction de refroidissement, le support 10 comporte des moyens pour évacuer la chaleur provenant de 20 l'injecteur 20 par un échange thermique avec l'air ambiant. Le support 10 comporte des surfaces d'échange thermique 15 qui sont constituées de l'ensemble de la surface du corps 11 ainsi que des surfaces d'ailettes 22 agencées ici régulièrement autour du corps 11. 25 Avantageusement par rapport à un profil simple de support, la disposition d'ailettes 22 augmente considérablement la surface d'échange thermique avec l'air ambiant, ce qui permet d'assurer à l'identique la fonction de refroidissement par rapport à l'utilisation d'un support à refroidissement liquide. 30 D'autre part, le support 10 ne nécessite pas la mise en place de tuyaux, de joints pour la circulation d'un liquide de refroidissement, ce qui réduit notablement le coût ainsi que le temps de montage d'un tel support. 2905992 6 Le support 10 comporte également moyens de fixations 12 du support 10 sur le pot catalytique ou sur la turbine selon l'agencement prévu, au moyen, par exemple, de vis non représentées. 5 On a représenté à la figure 2 une coupe transversale du support dans le plan de l'injecteur 20 selon un premier mode de réalisation de l'invention. Le support 10 est représenté monté au-dessus d'une paroi 24 de sortie du pot catalytique ou de la turbine à l'aide des io moyens de fixations agencés dans les trous 12. L'étanchéité du montage du support 10 sur la paroi 24 est assurée par un joint 27 agencé entre le corps 11 du support 10 et la paroi 24. Les flèches représentées à la figure 2 illustrent le chemin 15 emprunté par la chaleur. Le nez 21 de l'injecteur 20, en contact avec les gaz d'échappement, évacue la chaleur vers le tronçon 23 et le corps 25 de l'injecteur 20 qui évacuent la chaleur vers les ailettes 22 situées de part et d'autre de l'injecteur 20, à travers le corps 11. 20 Plus le nombre d'ailettes 22 agencées régulièrement au tour du corps 11 est élevé et plus le refroidissement de l'injecteur est efficace. Dans ce mode de réalisation, les ailettes 22 sont disposées dans le plan vertical à un intervalle régulier le long du 25 corps 11. Le nombre, la dimension, la forme, ainsi que l'intervalle entre chaque ailette 22 sont déterminés par des calculs de modélisation des échanges thermiques permettant de choisir la configuration qui assure le refroidissement le plus efficace. 30 Selon une variante de réalisation de l'invention, représentée à la figure 3, le support comporte des ailettes 22 qui sont agencées à un intervalle régulier dans un plan horizontal. 2905992 7 Le nombre, la taille, la forme, la disposition transversale ou longitudinale des ailettes 22 sont autant de paramètres qui peuvent varier de manière à obtenir le meilleur refroidissement dans un encombrement minimum. 5 On a représenté à la figure 4a de manière simplifiée, un deuxième mode de réalisation de l'invention dans lequel le corps 11 du support 10 est cylindrique. Des ailettes 22 s'étendent radialement dans un plan vertical depuis le corps 11 du support 10 vers l'extérieur, et elles io sont réparties angulairement dans manière régulière en étoile. A la figure 5, les ailettes 22 sont en forme d'anneaux qui s'étendent dans un plan horizontal autour du corps 11 du support 10. Les ailettes 22 en forme d'anneaux sont par exemple 15 réparties régulièrement axialement. REVENDICATIONS 1. Support (10) refroidi pour la fixation d'un injecteur (20) à l'échappement pour la régénération d'un dispositif de dépollution, notamment d'un un filtre à particules, qui se compose d'un corps (11) refroidi comportant un logement (14) apte à recevoir une partie complémentaire (23) de l'injecteur (20) agencé selon un axe vertical (A), caractérisé en ce que le corps (Il) comporte une surface d'échange thermique (15) avec l'air ambiant de manière à évacuer la chaleur et refroidir l'injecteur (20). io 2. Support (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface d'échange thermique (15) comporte au moins une ailette (22) de refroidissement qui s'étend depuis le corps (11) vers l'extérieur du support (10) 3. Support (10) selon l'une quelconque des revendications 15 1 ou 2, caractérisé en ce que la surface d'échange thermique (15) comporte plusieurs ailettes (22) agencées régulièrement autour du corps (11) de manière à augmenter l'échange thermique avec l'air. 4. Support (10) selon l'une quelconque des revendications 20 2 ou 3, caractérisé en ce que chaque ailette (22) est une plaque parallèle à l'axe (A) de l'injecteur (20) 5. Support (10) selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque ailette (22) s'étend dans un plan axial. 6. Support (10) selon la revendication 3, caractérisé en ce 25 que chaque ailette (22) est une plaque orthogonale à l'axe (A) de l'injecteur (20) 7. Support (10) selon l'une quelconques des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est réalisé en aluminium. 8. Support (10) selon l'une quelconques des revendications 30 précédentes, caractérisé en ce qu'il est réalisé par frittage. 9. Support (10) selon l'une quelconques des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est réalisé en une seule pièce par moulage.