Brevet FR2909709A1 — publié le 20080613

Le domaine de l'invention est celui de la dépollution d'un moteur à combustion interne, et plus particulièrement d'un moteur Diesel. L'invention concerne plus précisément une ligne d'échappement équipée pour le post-traitement des gaz d'échappement du moteur. L'invention concerne aussi un moteur à combustion interne comprenant cette ligne d'échappement. L'invention concerne encore un procédé de post-traitement des gaz d'échappement d'un tel moteur. Les dispositifs de post-traitement des gaz permettent notamment ~o de réduire les émissions des oxydes d'azote, en plus du monoxyde de carbone et des hydrocarbures imbrûlés, mais aussi, dans le cas d'un moteur Diesel, de réduire les émissions de particules. Ces dispositifs fonctionnent de manière discontinue ou alternative en ce qu'ils alternent des phases de stockage des polluants et des 15 phases de régénération de pièges de gaz polluants (c'est-à-dire de conversion des polluants stockés en substances non polluantes). Ainsi, pour être régénérés, ces dispositifs nécessitent des modes de combustion spécifiques du moteur afin de garantir un niveau de température et/ou un niveau de richesse suffisants. 20 En particulier, dans le cas d'un moteur Diesel, la ligne d'échappement comprend un catalyseur d'oxydation, suivi d'un filtre à particules ou parfois uniquement un filtre à particules intégrant les fonctions du catalyseur d'oxydation (filtre à particules catalytique). Pour assurer une régénération du filtre à particules, il est 25 nécessaire d'augmenter la température d'entrée du filtre à particules. Actuellement, il existe plusieurs stratégies pour augmenter cette température. Une solution connue consiste à utiliser un injecteur de carburant dans la ligne d'échappement, en amont des dispositifs de post-3o traitement. Lors d'une phase de régénération, l'injecteur injecte du carburant réagissant dans le catalyseur d'oxydation, qui produit alors de la chaleur (réaction exothermique) et permet d'atteindre une 2909709 2 température d'entrée du filtre à particules suffisante (en général T > 600 C). Lors de l'injection, le carburant injecté s'évapore et est entraîné vers le catalyseur d'oxydation en se mélangeant aux gaz 5 d'échappement. Le niveau moyen de la réaction exothermique prenant place dans le catalyseur d'oxydation (ou dans le filtre à particules catalytique) dépend de la richesse moyenne du mélange carburant injectée/gaz d'échappement ainsi formé en entrée du catalyseur d'oxydation (ou du filtre à particules catalytique). Toutefois, la richesse du mélange en entrée du catalyseur d'oxydation (ou du filtre à particules catalytique) n'est pas uniforme, et est influencée par l'agitation des gaz d'échappement. Or, des zones de plus fortes richesses engendrent des températures plus élevées qui peuvent entraîner la fatigue prématurée du catalyseur d'oxydation (ou du filtre à particules catalytique). Pour éviter ces problèmes, on a proposé des moyens pour homogénéiser la richesse en entrée du catalyseur d'oxydation (ou du filtre à particules catalytique). Par exemple, il a été proposé de modifier la forme du tube d'échappement en aval de l'injecteur ou encore d'injecter le carburant au niveau d'un coude de la ligne d'échappement, parallèlement à la direction d'écoulement des gaz d'échappement. Ces dispositifs ne sont cependant pas satisfaisants, soit parce qu'ils génèrent des contre-pressions importantes influençant le rendement du moteur soit parce qu'ils ne permettent pas d'uniformiser au mieux la richesse. Un objectif de l'invention est de réduire le risque de fatigue prématurée du catalyseur d'oxydation, ou selon le cas du filtre à particules catalytique. Un autre objectif de l'invention est de proposer une solution pour 30 uniformiser la richesse, en entrée du catalyseur d'oxydation, ou selon le cas en entrée du filtre à particules catalytique. 2909709 3 A cet effet, il est prévu dans le cadre de la présente invention une ligne d'échappement pour le post-traitement des gaz d'un moteur à combustion interne, comprenant un injecteur de carburant en amont de moyens de catalyse d'oxydation, caractérisée en ce qu'elle comprend 5 des moyens, disposés en amont de l'injecteur, agencés de sorte qu'ils génèrent des mouvements de rotation des gaz. La ligne d'échappement selon l'invention pourra en outre présenter au moins l'une des caractéristiques suivantes : - les mouvements de rotation générés s'effectuent sensiblement 10 autour de l'axe de la ligne ; elle comprend en outre un mélangeur, disposé entre l'injecteur et les moyens de catalyse d'oxydation, pour homogénéiser le mélange carburant/gaz ; - les moyens de catalyse d'oxydation comprennent un catalyseur 15 d'oxydation ; - les moyens de catalyse d'oxydation comprennent un filtre à particules catalytique ; - les moyens de catalyse d'oxydation comprennent un catalyseur d'oxydation en amont du filtre à particules catalytique, l'injecteur 20 et les moyens de génération de mouvements de rotation étant disposés entre le filtre à particules catalytique et le catalyseur d'oxydation. A cet effet, il est également prévu dans le cadre de l'invention un moteur à combustion interne comprenant une ligne d'échappement 25 selon l'invention. Ce moteur pourra en outre présenter l'une au moins des caractéristiques suivantes : - il comprend des moyens pour alimenter électriquement les moyens générant des mouvements de rotation des gaz en amont 3o de l'injecteur ; - il comprend des moyens pour alimenter électriquement le mélangeur. 2909709 4 A cet effet, il est enfin prévu un procédé de post-traitement des gaz d'échappement dans une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'on génère, en amont d'un 5 injecteur de carburant lui-même disposé en amont de moyens de catalyse d'oxydation, des mouvements de rotation des gaz. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non io limitatifs et sur lesquels: - la figure 1 illustre un moteur à combustion interne pour véhicule, muni d'une ligne d'échappement selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 illustre un moteur à combustion interne pour véhicule, 15 muni d'une ligne d'échappement selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. La figure 1 illustre un premier mode de réalisation de l'invention. Dans celui-ci, le moteur 1 comprend un bloc moteur 10 en 20 sortie duquel se trouve un collecteur d'échappement 20 d'une ligne d'échappement 2. La ligne d'échappement comprend des moyens de post-traitement des gaz, comportant, en considérant le sens d'écoulement des gaz, un injecteur de carburant 21, des moyens de 25 catalyse d'oxydation 22 et un filtre à particules 23. Il est également représenté une instrumentation classique, à savoir des capteurs de température 30, 31 situés respectivement en entrée des moyens de catalyse d'oxydation 22 et du filtre à particules 23, et un capteur de pression 32 placé aux bornes du filtre à particules 23. Le moyen de catalyse d'oxydation 22 comprend un catalyseur d'oxydation. 2909709 5 Afin d'uniformiser la richesse en entrée du catalyseur d'oxydation 22, il est prévu des moyens 24, disposés en amont de l'injecteur 21, agencés de sorte qu'ils génèrent des mouvements de rotation des gaz s'effectuant sensiblement autour de l'axe de la ligne 5 d'échappement 2. Avec ces moyens 24, on met donc en rotation les gaz d'échappement autour de la direction d'écoulement principal des gaz, ce qui permet une bonne agitation de celui-ci. Plus précisément, ces moyens 24 permettent d'amplifier le to mouvement aérodynamique (plus de turbulence), et de favoriser ainsi le mélange carburant/gaz au niveau et après l'injecteur de carburant 21. Ils permettent également de favoriser l'évaporation du carburant injecté par l'injecteur 21. La figure 2 illustre au autre mode de réalisation de l'invention. 15 Celui-ci reprend les moyens décrits à l'appui la figure 1, et comprend en outre un mélangeur 25, disposé entre l'injecteur et les moyens de catalyse d'oxydation 22. Ce mélangeur 25 a pour fonction d'homogénéiser le mélange carburant/gaz. Plus précisément, il vient compléter,. le cas échéant, 20 l'action des moyens 24 pour assurer la meilleure homogénéisation possible. Selon une variante de réalisation, il est également prévu des moyens (non représentés) pour alimenter électriquement les moyens 24, et le cas échéant le mélangeur 25. Une telle alirnentation permet 25 de chauffer les moyens 24 et le mélangeur 25, de sorte que leur efficacité respective est amélioré. En particulier, on comprend également que le fait de chauffer les moyens 24 va favoriser l'évaporation du carburant qui est injecté sous forme liquide, puisque les gaz auront reçu une charge thermique 30 supplémentaire. Selon une variante (non représentée), on pourrait cependant envisager que les moyens de catalyse d'oxydation sont intégrés 2909709 6 dans le filtre à particules, c'est-à-dire que le filtre à particules est un filtre à particules catalytique. Dans ce casä les moyens de catalyse d'oxydation et le filtre à particules ne font qu'un. Selon une autre variante, on pourrait également considérer un 5 filtre à particules catalytique, en amont duquel esi: disposé, au sein de la ligne d'échappement, un catalyseur d'oxydation. Selon cette variante, les moyens de catalyse d'oxydation comprennent donc un filtre à particules catalytique et un catalyseur d'oxydation. Selon cette variante toujours, l'injecteur peut être disposé entre le filtre à io particules catalytique et le catalyseur d'oxydation, les moyens 24 étant quant à eux toujours disposés en amont de l'injecteur, et de préférence en aval du catalyseur d'oxydation. Quel que soit le mode de réalisation envisagé, on comprend que le fait d'uniformiser le mélange carburant/gaz permet de s'assurer que le 15 niveau de température, et donc la combustion, sera également uniforme au sein du catalyseur d'oxydation 22. En l'absence de tels moyens, des zones de fortes richesses se propageraient le long de la paroi de la ligne d'échappement, et le niveau de température atteint dans les moyens de catalyse d'oxydation 20 serait plus élevé en bordure de ceux-ci. La conséquence de cette uniformisation est la diminution du risque de fatigue prématurée du catalyseur d'oxydation 22. 25 REVENDICATIONS 1. Ligne d'échappement (2) pour le post-traitement des gaz d'un moteur (1) à combustion interne, comprenant un injecteur de carburant en amont de moyens de catalyse d'oxydation, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens (24), disposés en amont de l'injecteur, agencés de sorte qu'ils génèrent des mouvements de rotation des gaz. io 2. Ligne d'échappement selon la revendication 1, caractérisée en ce que les mouvements de rotation générés s'effectuent sensiblement autour de l'axe de la ligne. 3. Ligne d'échappement selon l'une des revendications précédentes, 15 caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un mélangeur (25), disposé entre l'injecteur (21) et les moyens de catalyse d'oxydation (22), pour homogénéiser le mélange carburant/gaz. 4. Ligne d'échappement selon l'une des revendications précédentes, 20 caractérisée en ce que les moyens de catalyse d'oxydation (22) comprennent un catalyseur d'oxydation. 5. Ligne d'échappement selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les moyens de catalyse d'oxydation (22) 25 sont formés d'un filtre à particules catalytique. 6. Ligne d'échappement selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu'elle comprend, outre le filtre à particules catalytique, un catalyseur d'oxydation en amont dudit filtre, 30 l'injecteur (21) et les moyens de génération de mouvements de rotation (24) étant disposés entre le filtre à particules catalytique et le catalyseur disposé en amont du filtre. 5 2909709 8 7. Moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comprend une ligne d'échappement selon l'une des revendications précédentes. 8. Moteur selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour alimenter électriquement les moyens générant des mouvements de rotation des gaz en amont de l'injecteur (21). 9. Moteur selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour alimenter électriquement le mélangeur (25). 10. Procédé de post-traitement des gaz d'échappement dans une ligne d'échappement (2) d'un moteur (1) à combustion interne, caractérisé en ce qu'on génère, en amont d'un injecteur de carburant (21) lui-même disposé en amont de moyens de catalyse d'oxydation (22), des mouvements de rotation des gaz.20