Brevet FR2898387A1 — publié le 20070914

Le secteur technique de la présente invention est celui des dispositifs destinés à réduire la signature infrarouge des véhicules de combat au niveau de leurs gaz d'échappement. Il est bien connu que l'échappement d'un véhicule militaire constitue une zone relativement caractéristique de sa signature infrarouge. Cette zone est de nos jours de plus en plus critique en raison des performances croissantes des capteurs infrarouge que l'on associe à des détecteurs radar et acoustique. Il est donc aisé de détecter un véhicule militaire. Le problème se pose notamment lors des phases d'accélération du véhicule et de régime transitoire du moteur lors desquelles la température des gaz d'échappement est particulièrement élevée. On connaît déjà différents dispositifs de diminution de la température des gaz d'échappement consistant à mélanger les gaz d'échappement avec de l'air frais, soit dans une enceinte prévue à cette effet, soit au niveau du tuyau d'échappement des gaz. Ces dispositifs ne sont cependant pas suffisamment performants. On connaît par ailleurs, par le :brevet EP1424223, une méthode de refroidissement des gaz d'échappement d'un véhicule amphibie consistant à diriger les gaz d'échappement vers la surface de l'eau dans laquelle est immergé le véhicule. Cette méthode présente l'inconvénient de n'être applicable qu'aux véhicules amphibies et que lorsqu'ils sont immergés. On connaît également, par le brevet FR2868810, un dispositif et un procédé de refroidissement des gaz d'échappement d'un navire consistant réaliser une accélération des gaz d'échappement dans une chambre d'admission où circule une importante quantité d'eau. Cette méthode nécessite un flux important d'eau et ne peut donc être appliquée qu'aux navires ou véhicules amphibies. Le but de l'invention est de proposer un dispositif de diminution de la température de sortie des gaz d'échappement d'un véhicule terrestre L'invention a donc pour objet un dispositif de refroidissement des gaz d'échappement d'un moteur de véhicule militaire comportant une conduite d'échappement des gaz assurant l'évacuation des gaz entre le moteur et l'extérieur du véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte un réservoir de liquide de refroidissement, un moyen de mise sous pression du liquide de refroidissement et un moyen d'injection du liquide de refroidissement sous forme colloïdale ou sous forme de gouttelettes dans le flux de gaz d'échappement, le moyen d'injection du liquide de refroidissement étant disposé au niveau de la sortie de conduite d'échappement. Selon une caractéristique de l'invention, le moyen d'injection du liquide de refroidissement est disposé de sorte à injecter le liquide au cceur du flux de gaz d'échappement. Selon une autre caractéristique de l'invention, le moyen d'injection du liquide de refroidissement se présente sous la forme d'un anneau tubulaire comportant des buses orientées vers l'intérieur du flux de gaz d'échappement. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comporte un module de commande permettant de commander l'injection du liquide de refroidissement en fonction du régime du moteur. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comporte un capteur de température des gaz d'échappement et un module de commande relié au capteur de température et permettant de commander l'injection du liquide de refroidissement en fonction de la température des gaz d'échappement. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comporte un capteur de position de la pédale d'accélération et un module de commande relié au capteur de position de la pédale et permettant de commander l'injection du liquide de refroidissement en fonction de la course de la pédale d'accélération. L'invention concerne également un procédé de refroidissement des gaz d'échappement d'un moteur de véhicule militaire mettant en oeuvre un dispositif de refroidissement des gaz d'échappement, caractérisé en ce qu'il consiste à injecter un liquide de refroidissement sous forme colloïdale ou sous forme de gouttelettes dans le flux de gaz d'échappement en fonction du régime moteur, de la course de la pédale d'accélération du véhicule et/ou en fonction de la température des gaz d'échappement. Selon une caractéristique du procédé, le liquide de refroidissement est de l'eau et on procède à une injection d'eau à coeur du panache à un débit qui sera fonction du type de motorisation mis en oeuvre. Ce débit pourra être de plusieurs dizaines de grammes par seconde. On pourra par exemple mettre en oeuvre un débit d'injection compris entre 40g/s et 200g/s dans des plages prédéfinies de régime du moteur. Selon une caractéristique du procédé, le débit d'injection de liquide de refroidissement est modulé proportionnellement à l'augmentation de température, à la course de la pédale d'accélération ou à l'augmentation de régime du moteur. Un tout premier avantage du dispositif selon l'invention 25 réside dans le fait qu'il permet de diminuer fortement la température des gaz d'échappement du véhicule. Un autre avantage réside dans le fait qu'il comporte une autonomie suffisante permettant de masquer plusieurs dizaines de phases d'accélération du véhicule. 30 Un autre avantage réside dans le fait qu'il ne nécessite pas d'aménagement spécifique de la conduite d'évacuation des gaz d'échappement. Un autre avantage réside dans la possibilité d'associer le dispositif selon l'invention avec un autre dispositif de 35 refroidissement ou bien avec un dispositif de réduction du bruit d'échappement. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels : - la figure 1 représente schématiquement un véhicule militaire muni d'un dispositif selon l'invention, - la figure 2 illustre un exemple de réalisation du moyen d'injection du liquide de refroidissement, et - la figure 3 représente schématiquement le dispositif de refroidissement. La figure 1 est une représentation schématique d'un véhicule militaire, illustrant le contexte d'utilisation de l'invention. Le véhicule militaire 17 représenté comporte un moteur thermique 5 et une conduite 2 d'échappement des gaz assurant l'évacuation des gaz entre le moteur 5 et l'extérieur du véhicule. L'extrémité de la conduite d'échappement comporte classiquement une sortie 4 de conduite équipée d'un coude 3 afin d'orienter l'évacuation du panache 6 de gaz d'échappement. Un moyen 1 d'injection de liquide de refroidissement est disposé au voisinage de la sortie 4 de conduite d'échappement. Le moyen 1 d'injection de liquide de refroidissement a été représenté ici disposé à l'emplacement le plus efficace, entre la sortie de l'échappement et le coude 3. Le masquage du panache de gaz d'échappement d'un véhicule de combat est particulièrement important en régime transitoire. En effet, ce régime correspond généralement à une accélération du véhicule précédant un bond tactique. C'est donc à ce moment particulier qu'on cherche à dissimuler la présence et l'accélération du véhicule. Le principe de l'invention repose sur le fait que le passage d'un élément de l'état liquide à l'état gazeux est une réaction endothermique. L'invention consiste donc à injecter de l'eau dans les gaz d'échappement du véhicule afin que cette dernière se vaporise et absorbe partiellement la chaleur des gaz d'échappement. Afin de favoriser les échanges thermiques entre les gaz d'échappement et le liquide de refroidissement, on injecte préférentiellement ce dernier sous forme colloïdale ou sous forme de gouttelettes dans le flux de gaz d'échappement. La figure 2 est une vue en perspective illustrant un exemple de réalisation du moyen 1 d'injection du liquide de refroidissement. Ce dernier se présente sous la forme d'un anneau tubulaire 7 s'intercalant entre l'extrémité de la conduite 2 d'échappement et le coude, anneau comportant des buses 8 orientées vers l'intérieur et préférentiellement dans le sens inverse de la circulation du flux de gaz d'échappement. Une tubulure 9 permet d'approvisionner l'anneau tubulaire 7 en liquide de refroidissement. L'anneau 7 sera de préférence réalisé avec des matériaux à faible conductibilité thermique de façon à empêcher la conduction thermique vers la tubulure 9. On pourra, en fonction du résultat recherché, orienter les buses 8 soit dans un même plan orthogonal au flux de gaz d'échappement, soit selon une direction inclinée dans le sens inverse de la circulation du flux de gaz d'échappement, le but recherché étant d'injecter le liquide à coeur du flux. Une orientation de l'injection en sens inverse du flux des gaz permet d'augmenter la vitesse relative entre les gouttelettes et le flux de gaz, et donc d'augmenter les échanges thermiques et l'évaporation. L'inclinaison des buses sera définie par l'Homme du Métier en fonction de la géométrie du véhicule et du dispositif. L'injection pourrait être faite plus en amont dans la conduite mais cela conduirait à une intégration plus complexe dans le véhicule. La figure 3 est une représentation schématique du dispositif de refroidissement selon l'invention. Le dispositif de refroidissement des gaz d'échappement du moteur du véhicule militaire comporte un moyen 1 d'injection du liquide de refroidissement (disposé entre l'extrémité de la conduite d'échappement et le coude 3), une tubulure 9 de distribution du liquide, un réservoir 11 de liquide de refroidissement, un moyen 10 de mise sous pression du liquide et un module 12 de commande. La tubulure 9 assure la distribution du fluide de refroidissement entre le réservoir 11 et le moyen 1 d'injection. Le moyen 10 de mise sous pression du fluide est disposé entre le réservoir 11 et le moyen 1 d'injection et est commandé par le module 12 de commande. Selon différents modes de réalisation, le module 12 de commande pourra être relié à un capteur 13 de température du gaz d'échappement, à un capteur de position de la pédale 14 d'accélération ou au calculateur 15 du véhicule recevant les données relatives aux différents organes du véhicule, et plus particulièrement les données relatives au régime moteur. Le moyen 10 de mise sous pression du fluide pourra être une pompe Le fonctionnement du dispositif selon l'invention est le 20 suivant : - on définit préalablement un ou plusieurs paramètres de déclenchement de l'injection du fluide de refroidissement dans les gaz d'échappement. Ces paramètres peuvent être le régime du moteur, la température des gaz d'échappement ou la 25 course de la pédale d'accélération, - le module 12 de commande vérifie en permanence, ou à intervalles réguliers, le ou les paramètres de déclenchement, - lorsqu'un paramètre de déclenchement est atteint, le module 12 de commande actionne le moyen 10 de mise sous 30 pression du fluide, ce qui provoque la circulation sous pression du fluide de refroidissement dans la tubulure 9 et l'injection du liquide de refroidissement sous forme colloïdale ou sous forme de gouttelettes au coeur du flux de gaz d'échappement, 35 - le module 12 de commande arrête l'injection du liquide de refroidissement lorsque les paramètres de déclenchement ne sont plus atteints ou après une temporisation prédéfinie. Du fait de la limitation de la capacité d'emport du véhicule, on ne peut disposer que d'une quantité limitée de liquide de refroidissement. Il donc est important de maîtriser la quantité d'eau injectée afin d'utiliser la quantité d'eau suffisante pour atteindre une température d'éjection des gaz d'échappement suffisamment restreinte pour échapper aux systèmes de détection infrarouge, tout en limitant le débit de liquide afin d'assurer une capacité opérationnelle du dispositif aussi longue que possible. On a représenté ci-dessous un tableau illustrant la température d'un panache de gaz d'échappement pour un exemple de véhicule blindé en fonction du régime du moteur et de l'utilisation d'un dispositif selon l'invention utilisant de l'eau comme liquide de refroidissement. Ce tableau illustre plus particulièrement l'utilisation optimale du dispositif lors d'un régime transitoire (correspondant aux valeurs du "Pic" dans le tableau). Dans l'invention, on cherche à masquer les pics de rayonnement dus aux changements de régime du moteur. Il s'agit donc de déterminer la quantité de liquide d'eau à injecter dans le panache de gaz d'échappement afin d'obtenir des valeurs de rayonnement sensiblement égales à celles d'un :régime stable (haut ou bas). Régime du moteur Ralenti Pic Stabilisé haut régime T T apparente T apparente ( C) apparente ( C) ( C) Panache nu 73 106 77 Panache nu à 1000 m 53 96 61 Panache avec injection d'eau périphérique 105 Panache avec injection d'eau à coeur (128g/s) 75 Panache avec injection d'eau à coeur (195g/s) 62 Dans cet exemple on peut constater que la quantité d'eau à injecter se situe aux alentours de 128 grammes par seconde. Des essais ont montré qu'un débit d'eau de 130g/s correspond à une réduction de 110 à 120 C de la température réelle des gaz d'échappement et à une réduction de plus de 30 C de la température apparente. Il apparaît également qu'une injection d'eau à cœur du panache de gaz d'échappement permet d'obtenir de meilleurs résultats qu'une injection périphérique. Ainsi, pour le véhicule étudié, l'utilisation d'un dispositif selon l'invention avec une injection d'eau à coeur du panache à un débit compris entre 40grammes/seconde et 200grammes /seconde lors du régime transitoire d'un moteur de véhicule blindé permet d'obtenir une atténuation convenable de la température des gaz d'échappement et apporte une solution au problème technique de la signature infrarouge du véhicule, évoqué précédemment. L'Homme du Métier adaptera les débits en fonction des caractéristiques de la motorisation du véhicule considéré. Pour un débit d'injection de 1308/s et un réservoir d'eau de 50 litres, le temps de fonctionnement en continu du dispositif est de 6,4 minutes, ce qui correspond à une distance de 5300 m parcourue à 50km/h de moyenne, ou à 32 utilisations en régimes transitoires (le temps de fonctionnement. moyen en régime transitoire étant de 12 secondes). Le dispositif de refroidissement doit être dimensionné et réalisé de manière a être utilisé plusieurs fois lors d'une mission du véhicule militaire. Une variante de réalisation consiste à moduler le débit d'injection proportionnellement à l'augmentation de température, à la course de la pédale d'accélération ou à l'augmentation de régime du moteur. Cette variante de réalisation permet avantageusement d'augmenter l'autonomie du dispositif. On pourra mettre en œuvre d'autres modes de réalisation 35 du moyen d'injection du liquide de refroidissement. On pourra notamment réaliser le moyen d'injection du liquide de refroidissement sous forme d'une unique buse placée au centre de la conduite. REVENDICATIONS 1. Dispositif de refroidissement des gaz d'échappement d'un moteur de véhicule militaire comportant une conduite (2) d'échappement des gaz assurant l'évacuation des gaz entre le moteur (5) et l'extérieur du véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte un réservoir (11) de liquide de refroidissement, un moyen (10) de mise sous pression du liquide de refroidissement et un moyen (1) d'injection du liquide de refroidissement sous forme colloïdale ou sous forme de gouttelettes dans le flux de gaz d'échappement, le moyen (1) d'injection du liquide de refroidissement étant disposé au niveau de la sortie (4) de conduite d'échappement. 2. Dispositif de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen (1) d'injection du liquide de refroidissement est disposé de sorte à injecter le liquide au coeur du flux de gaz d'échappement. 3. Dispositif de refroidissement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen (1) d'injection du liquide de refroidissement se présente sous la forme d'un anneau tubulaire (7) comportant des buses (8) orientées vers l'intérieur du flux de gaz d'échappement. 4. Dispositif de refroidissement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un module (12) de commande permettant de commander l'injection du liquide de refroidissement en fonction du régime du moteur (5). 5. Dispositif de refroidissement selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte un capteur (13) de température des gaz d'échappement et un module (12) de commande relié au capteur (13) de température et permettant de commander l'injection du liquide de refroidissement en fonction de la température des gaz d'échappementä 6. Dispositif de refroidissement selon l'une des 35 revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte uncapteur de position de la pédale (14) d'accélération et un module (12) de commande relié au capteur de position de la pédale (14) et; permettant de commander l'injection du liquide de refroidissement en fonction de la course de la pédale d'accélération. 7. Procédé de refroidissement des gaz d'échappement d'un moteur de véhicule militaire mettant en oeuvre un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à injecter un liquide de Io refroidissement sous forme colloïdale ou sous forme de gouttelettes dans le flux de gaz d'échappement en fonction du régime moteur, de la course de la pédale d'accélération du véhicule et/ou en fonction de la température des gaz d'échappement. 15 8. Procédé de refroidissement des gaz d'échappement selon la revendication 7, caractérisé en ce que le liquide de refroidissement est de l'eau et en ce qu'on procède à une injection d'eau à coeur du panache à un débit qui est fonction de plages préd.éfinies de régime du moteur (5). 20 9. Procédé de refroidissement des gaz d'échappement selon la revendication 8, caractérisé en ce que le débit est compris entre 40g/s et 200g/s. 10. Procédé de refroidissement des gaz d'échappement selon la revendication 7 à 9, caractérisé en ce que le débit 25 d'injection de liquide de refroidissement est modulé proportionnellement à l'augmentation de température, à la course de la pédale d'accélération ou à l'augmentation de régime du moteur.