Brevet FR2909708A1 — publié le 20080613

DISPOSITIF D'HOMOGÉNÉISATION DE CARBURANT DANS LE GAZ D'UNE LIGNE D'ECHAPPEMENT L'invention concerne de manière générale les moteurs à combustion 5 interne pourvus de dispositifs de filtrage des gaz brûlés. L'invention concerne plus particulièrement les lignes d'échappement incluant une conduite d'échappement et un injecteur de carburant débouchant dans cette conduite d'échappement. Les conduites d'échappement des moteurs à combustion interne sont 10 généralement pourvues d'un catalyseur d'oxydation suivi, dans la direction d'écoulement des gaz brûlés, d'un filtre à particules. Le catalyseur d'oxydation est destiné à oxyder les hydrocarbures et le monoxyde de carbone provenant de la combustion du carburant et de l'air frais dans la chambre de combustion, afin d'éviter qu'ils soient rejetés dans 15 l'atmosphère. Le filtre à particules permet quant à lui de filtrer et de stocker une part importante des particules polluantes (suies) rejetées par le moteur. A partir d'un certain taux de remplissage du filtre à particules, les gaz brûlés s'évacuent difficilement de la conduite d'échappement, ce qui engendre une surpression des gaz brûlés néfaste au fonctionnement du moteur à 20 combustion interne. Il convient alors, au cours d'une phase de régénération du filtre à particules, d'éliminer les particules polluantes qui remplissent le filtre sans pour autant les rejeter telles quelles dans l'atmosphère, mais plutôt en les brûlant au préalable. Pour cela, on injecte du carburant dans la ligne d'échappement, ce 25 qui entraîne une réaction d'oxydation très exothermique du carburant dans le catalyseur d'oxydation. Les gaz brûlés sortent par conséquent du catalyseur d'oxydation avec une température élevée et entrent dans le filtre à particules en brûlant les particules polluantes qui remplissent ce dernier. Les dispositifs connus mettant en oeuvre un tel procédé présentent des 30 inconvénients. Le mélange gaz/carburant réalisé est relativement hétérogène à l'entrée du catalyseur, ce qui conduit à une régénération non optimale du filtre à particules, à des risques de dégradation du filtre à particules et à des retours de véhicule en atelier. 2909708 2 L'invention vise à résoudre un ou plusieurs de ces inconvénients. L'invention porte ainsi sur un dispositif d'homogénéisation de carburant dans le gaz d'une ligne d'échappement, qui comprend : -une surface d'étanchéité sensiblement plane entourant un passage ; -un organe de déviation faisant saillie à l'intérieur du passage depuis la surface d'étanchéité et faisant saillie par rapport au plan de la surface d'étanchéité, la surface d'étanchéité et l'organe de déviation sont formés d'un seul tenant. Selon une variante, la surface d'étanchéité et l'organe de déviation sont 10 constitués d'un matériau métallique. Selon encore une variante, la surface d'étanchéité et l'organe de déviation sont formés d'un seul tenant par moulage. Selon une autre variante, la surface d'étanchéité et l'organe de déviation sont formés d'un seul tenant par emboutissage. 15 Selon encore une autre variante, plusieurs desdits organes de déviation traversent de part en part le passage et présentent chacun une ailette. Selon une variante, lesdites ailettes sont sensiblement parallèles entre elles. Selon encore une variante, l'organe de déviation présente une partie 20 terminale présentant un bord libre et une languette inclinée par rapport à la surface d'étanchéité, la languette joignant la partie terminale à la surface d'étanchéité et présentant une largeur inférieure à celle de la partie terminale. Selon une autre variante, la languette est torsadée. Selon encore une autre variante, l'organe de déviation traverse la 25 majeure partie du passage et présente un bord libre. L'invention porte aussi sur une ligne d'échappement, comprenant : -une conduite d'échappement comprenant des première et deuxième tubulures assemblées ; -un dispositif d'homogénéisation tel que décrit ci-dessus, dont la surface 30 d'étanchéité est comprimée entre les première et deuxième tubulures et dont le passage met en communication l'intérieur des première et deuxième tubulures. 2909708 3 Selon une variante, la ligne d'échappement comprend un injecteur de carburant débouchant dans la première tubulure, un catalyseur d'oxydation suivi d'un filtre à particules connecté à la deuxième tubulure. 5 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : -les figures 1 à 5 illustrent des vues en perspective de différents dispositifs d'homogénéisation de carburant selon l'invention, vu depuis l'amont ; -la figure 6 illustre une vue schématique d'ensemble d'un moteur à combustion de type diesel mettant en oeuvre un tel dispositif d'homogénéisation ; la figure 7 illustre une vue en coupe d'un dispositif d'homogénéisation disposé dans un conduit d'échappement. L'invention propose un dispositif d'homogénéisation de carburant dans le gaz d'une ligne d'échappement comprenant un passage de gaz entouré d'une surface d'étanchéité. Un organe de déviation fait saillie vers l'intérieur du passage depuis la surface d'étanchéité et fait saillie par rapport au plan de la surface d'étanchéité, l'organe de déviation et la surface d'étanchéité étant formés d'un seul tenant. Ainsi, on peut obtenir un bon mélange du carburant dans les gaz d'échappement en amont du filtre à particule. La vaporisation du carburant est sensiblement améliorée puisque l'organe de déviation participe à cette évaporation en plus de la paroi interne de la ligne d'échappement. Les risques de défauts de régénération du filtre à particules sont ainsi réduits. De plus, la structure monobloc du dispositif d'homogénéisation rend sa fabrication industrialisable à un coût réduit, par exemple par emboutissage ou par moulage. Cette solution permet aussi de réduire la taille et/ou la charge en métaux précieux du catalyseur. Par la suite, les termes aval et amont désigneront le sens de l'écoulement de l'air, depuis le point de prélèvement de l'air frais dans l'atmosphère jusqu'à sa sortie par un pot catalytique. 2909708 4 La figure 1 illustre une première variante d'un dispositif d'homogénéisation 1 selon l'invention. Ce dispositif 1 comprend une surface d'étanchéité 2 sensiblement plane, entourant un passage 4 destiné à être 5 traversé par des gaz d'échappements. Le dispositif 1 comprend un organe de déviation 3 faisant saillie à l'intérieur du passage 4 depuis la surface 2, et faisant saillie par rapport au plan de cette surface 2. Afin de résister aux températures des gaz d'échappement, la surface d'étanchéité et l'organe de déviation sont avantageusement constitués d'un matériau métallique. Il peut 10 ainsi intercepter un jet de carburant traversant la ligne d'échappement tout en générant une perte de charge réduite sur l'écoulement du gaz. La géométrie de l'organe 3 illustrée est une languette présentant une largeur identique sur la majeure partie de sa longueur. Cette languette traverse la majeure partie du passage et présente un bord libre. Cette languette forme comme un tremplin 15 pour l'écoulement. Cette forme crée un enroulement des gaz de part et d'autre ce qui favorise le mélange. L'organe 3 est au surplomb du centre du passage 4. Cela favorise l'évaporation en faisant remonter le jet de carburant vers le centre du flux. La figure 2 illustre une seconde variante d'un dispositif 20 d'homogénéisation 1 selon l'invention. Le dispositif 1 comprend deux organes de déviation 31 et 32 traversant de part en part le passage 4. Les organes de déviation 31 et 32 présentent chacun une ailette faisant saillie par rapport au plan de la surface 2 suivant des directions opposées. Cette structure permet de constituer deux étages de vaporisation de carburant complétant l'effet des 25 parois de la ligne d'échappement. Les ailettes illustrées sont sensiblement parallèles. La figure 3 illustre une variante proche de celle de la figure 2. Cette variante présente quatre organes de déviation 31 à 34, afin d'accroître encore le nombre d'étage de vaporisation. Chaque organe de déviation présente une 30 ailette, les ailettes étant sensiblement parallèles. Dans les figures 4 et 5, l'organe de déviation présente une partie terminale 35 présentant un bord libre. Une languette 36 inclinée par rapport à la surface d'étanchéité, joint la partie terminale 35 à la surface d'étanchéité 2. Cette languette 36 présente une largeur inférieure à celle de la partie terminale 2909708 5 35. La partie terminale 35 se trouvant au coeur du flux gazeux, la vaporisation du carburant est sensiblement améliorée dans cette zone. Dans l'exemple de la figure 4, la languette 36 est torsadée, par exemple suite à une torsion réalisée lors de la mise en forme. On peut ainsi réduire significativement l'arrêt du film 5 de carburant déposé sur les flancs et migrant dans le sens des gaz. Dans l'exemple de la figure 5, la languette 36 n'est pas vrillée. Bien que la partie terminale 35 dans ces exemples soit plate, on peut également envisager de la réaliser bombée dans une direction ou une autre. 10 La figure 6 illustre une vue schématique d'ensemble d'un moteur à combustion interne de type diesel mettant en oeuvre un dispositif d'homogénéisation selon l'invention. Le moteur à combustion interne 10 comprend une chambre de combustion 11 définie par quatre cylindres 12. En amont de la chambre de 15 combustion 11, le moteur 10 comprend une ligne d'admission 20 d'air frais. Cette ligne d'admission 20 prélève l'air frais directement dans l'atmosphère et le filtre au moyen d'un filtre à air 21. Elle s'étend jusqu'à un répartiteur d'air 22 qui débouche sur quatre canaux d'admission 23 chacun raccordés à l'un des cylindres 12 de la chambre de combustion 11. 20 La ligne d'admission 20 comporte en outre un compresseur 37 d'un turbocompresseur 30 qui comprime l'air frais filtré par le filtre à air 21 pour l'injecter sous pression dans le répartiteur d'air 22. En aval de la chambre de combustion 11, le moteur à combustion interne 10 comporte une ligne d'échappement 40 de gaz brûlés s'étendant depuis un collecteur 25 d'échappement 41, relié par quatre canaux d'échappement 42 à chacun des cylindres 12 de la chambre de combustion 11, jusqu'au pot catalytique 45. Ce pot catalytique 45 comporte ici intérieurement un catalyseur d'oxydation 46 suivi, dans la direction d'écoulement des gaz brûlés, d'un filtre à particules 47. Le catalyseur d'oxydation 46 est en particulier adapté à oxyder les 30 hydrocarbures HC et le monoxyde de carbone CO contenus dans les gaz brûlés circulant dans la ligne d'échappement 40. Le filtre à particules 47 est quant à lui adapté à filtrer et à stocker les particules polluantes (également appelées suies) produites par la combustion de carburant et d'air frais dans la chambre de combustion 11, de manière à 2909708 6 éviter qu'elles ne soient rejetées dans l'atmosphère. Ce filtre doit être régulièrement régénéré afin de ne pas être obstrué par une trop grande quantité de particules polluantes. Le filtre à particules 47 peut éventuellement être revêtu intérieurement d'un matériau catalytique, tel que le platine, adapté à 5 oxyder les hydrocarbures HC et le monoxyde de carbone CO contenus dans les gaz brûlés. La ligne d'échappement 40 comporte un catalyseur d'oxydation auxiliaire 44 disposé en amont du pot catalytique 45 et raccordé à ce dernier par une conduite d'échappement 43 de section circulaire. Ce catalyseur d'oxydation 10 auxiliaire 44 est destiné à fractionner les hydrocarbures HC lourds, de manière à ce qu'ils soient traités plus facilement et plus rapidement par le catalyseur d'oxydation 46 du pot catalytique 45. La ligne d'échappement 40 comprend de plus, en amont du catalyseur d'oxydation auxiliaire 44, une turbine 38 qui est entraînée par le flux de gaz brûlés pour actionner le compresseur 37. 15 Le moteur à combustion interne 10 comprend également une ligne de recirculation 60 des gaz brûlés qui prend naissance dans la ligne d'échappement 40, entre le collecteur d'échappement 41 et la turbine 38, et qui débouche dans la ligne d'admission 20, entre le compresseur 37 et le répartiteur d'air 22. La ligne de recirculation 60, comporte, à sa jonction avec la 20 ligne d'admission 20, une vanne 61 permettant de réguler le débit des gaz brûlés réinjectés dans la chambre de combustion 11 du moteur à combustion interne 10. Cette ligne de recirculation 60 permet de diminuer le volume des émissions polluantes rejetées par le moteur à combustion interne 10. Le moteur à combustion interne 10 comporte par ailleurs des moyens 25 d'injection 50 de carburant permettant d'introduire du carburant directement dans la conduite d'échappement 43. Ces moyens d'injection comportent un réservoir de carburant 51 raccordé à une pompe 52 qui prélève du carburant dans ce réservoir pour l'amener sous pression jusque dans un injecteur de carburant 53. Ce dernier débouche à l'intérieur de la conduite d'échappement 30 43. L'injecteur 53 permet d'envoyer la quantité de carburant désirée dans cette conduite, au moment voulu. A cet effet, l'ouverture et la fermeture de l'injecteur de carburant 53 est commandée par des moyens de pilotage électroniques 75 du moteur à combustion interne 10. 2909708 7 Comme illustré à la figure 6, les moyens de pilotage électroniques 75 du moteur à combustion interne 10 sont reliés à deux capteurs de pression 71, 74 adaptés à mesurer la différence de pressions entre l'entrée et la sortie du pot catalytique 45. Cette différence de pression est fonction du taux de remplissage 5 du filtre à particules 47 par les particules polluantes. Les capteurs de pression 71, 74 permettent donc de déterminer le taux d'encrassement de ce filtre. Les moyens de pilotage 75 sont également reliés à deux capteurs de température 72, 73, l'un disposé dans la conduite d'échappement 43, juste en amont de l'injecteur 53, et l'autre disposé dans le pot catalytique 45, entre le 10 catalyseur d'oxydation 46 et le filtre à particules 47. Ces capteurs de température fournissent en continu aux moyens de pilotage 75 deux signaux représentatifs de la température de ces gaz lorsque ces derniers ont été traités par le catalyseur d'oxydation. Les moyens de pilotage peuvent ainsi piloter la quantité de carburant injecté par l'injecteur de carburant 53 en fonction de ces 15 températures mesurées, de manière que les gaz brûlés présentent une température voulue. La figure 7 illustre une vue en coupe de la conduite d'échappement 43 associée au dispositif d'homogénéisation 1 pour favoriser l'évaporation du 20 carburant injecté dans les gaz brûlés et l'homogénéisation du mélange. La conduite d'échappement 43 comprend deux tubulures 7 et 8, assemblées par des moyens connus en soi. La surface d'étanchéité 2 d'un dispositif d'homogénéisation 1 est comprimée entre les tubulures 7 et 8. Des joints 101 et 102 sont disposés de part et d'autre de la surface d'étanchéité, en contact avec 25 les tubulures 7 et 8. L'intérieur des tubulures 7 et 8 est ainsi mis en communication par l'intermédiaire du passage du dispositif d'homogénéisation 1. Le catalyseur d'oxydation 45 est connecté en aval à la tubulure 8. Comme illustré à la figure 7, l'injecteur de carburant 53 est avantageusement adapté à envoyer un jet de carburant 54 dans le cône 30 d'injection C d'axe central d'injection W. L'injecteur de carburant 53 est plus particulièrement positionné dans la conduite d'échappement 43 de telle sorte que l'axe central d'injection coupe la ligne moyenne V de la conduite d'échappement 43 et est incliné par rapport à cette ligne moyenne V (l'axe central d'injection W n'est ni confondu, ni perpendiculaire à la ligne moyenne 2909708 8 V). Les ailettes 31 à 33 des organes de déviation sont disposées dans le cône d'injection C. Bien qu'on ait illustré le dispositif d'homogénéisation 1 comprimé entre deux tubulures à la figure 7, on peut également envisager d'intégrer ce 5 dispositif dans une bride d'échappement ou de le placer à l'entrée du système de découplage, ce qui peut permettre de réduire le nombre de joints nécessaires pour former la ligne d'échappement. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'homogénéisation de carburant (1) dans le gaz d'une ligne d'échappement, caractérisé en ce que : -le dispositif comprend : -une surface d'étanchéité (2) sensiblement plane entourant un passage (4) ; -un organe de déviation (3) faisant saillie à l'intérieur du passage (4) depuis la surface d'étanchéité et faisant saillie par rapport au plan de la surface d'étanchéité ; -la surface d'étanchéité et l'organe de déviation sont formés d'un seul tenant. 2. Dispositif d'homogénéisation selon la revendication 1, dans lequel la surface d'étanchéité (2) et l'organe de déviation (3) sont constitués d'un matériau métallique. 3. Dispositif d'homogénéisation selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la surface d'étanchéité (2) et l'organe de déviation (3) sont formés d'un seul tenant par moulage. 4. Dispositif d'homogénéisation selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la surface d'étanchéité (2) et l'organe de déviation (3) sont formés d'un seul tenant par emboutissage. 5. Dispositif d'homogénéisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant plusieurs desdits organes de déviation traversant de part en part le passage et présentent chacun une ailette. 30 6. Dispositif d'homogénéisation selon la revendication 5, dans lequel lesdites ailettes sont sensiblement parallèles entre elles. 7. Dispositif d'homogénéisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'organe de déviation (3) présente une partie terminale (35) 2909708 10 présentant un bord libre et une languette inclinée par rapport à la surface d'étanchéité, la languette (36) joignant la partie terminale à la surface d'étanchéité (2) et présentant une largeur inférieure à celle de la partie terminale. 8. Dispositif d'homogénéisation selon la revendication 7, dans lequel la languette (36) est torsadée. 9. Dispositif d'homogénéisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 4, dans lequel l'organe de déviation (3) traverse la majeure partie du passage (4) et présente un bord libre. 10. Ligne d'échappement, comprenant : -une conduite d'échappement (43) comprenant des première et deuxième 15 tubulures (7, 8) assemblées ; -un dispositif d'homogénéisation (3) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dont la surface d'étanchéité est comprimée entre les première et deuxième tubulures et dont le passage met en communication l'intérieur des première et deuxième tubulures (7,8). 20 11. Ligne d'échappement selon la revendication 10, comprenant un injecteur de carburant (53) débouchant dans la première tubulure, un catalyseur d'oxydation suivi d'un filtre à particules connecté à la deuxième tubulure. 5