Brevet FR2906300A1 — publié le 20080328

"Conduite d'échappement comportant des moyens d'injection d'un agent réducteur et des moyens de chauffage pour évaporer l'agent réducteur liquide" L'invention concerne une conduite d'échappement d'un moteur à combustion interne qui comporte un dispositif d'injection de carburant à l'intérieur de la conduite d'échappement. L'invention concerne plus particulièrement une conduite d'échappement d'un moteur à combustion interne, notamment de véhicule automobile, qui comporte des moyens pour injecter io transversalement un agent réducteur liquide dans la conduite d'échappement du moteur de manière que l'agent réducteur injecté s'évapore au contact des gaz d'échappement chauds, une partie non évaporée de l'agent réducteur injecté étant susceptible d'atteindre en phase liquide une zone dite humide de la face 15 cylindrique interne de la conduite d'échappement. Dans un souci de respect de l'environnement, les véhicules automobiles, notamment les véhicules à moteur Diesel, sont équipés de filtres à particules de manière à filtrer les gaz d'échappement de certaines particules ou suies polluantes. 20 A l'usage, ces filtres à particules finissent par être obstrués par les particules piégées. Il est donc nécessaire de les régénérer régulièrement en brûlant les particules piégées dans le filtre à particules. Pour réaliser ces opérations de régénération, il est connu 25 d'agencer un dispositif d'injection d'un agent réducteur, par exemple du carburant, dans la conduite d'échappement du moteur, en amont du filtre à particules. Le carburant est alors emporté par le flux de gaz d'échappement vers le filtre à particules. Le contact du carburant avec un catalyseur approprié 30 qui imprègne le filtre à particules, produit un dégagement de chaleur qui est suffisant pour provoquer la combustion des particules et des suies piégées. 2906300 2 Un tel dispositif est d'autant plus efficace lorsque le carburant injecté dans la conduite d'échappement est totalement évaporé. Le carburant en phase gazeuse est ainsi mélangé de manière homogène avec les gaz d'échappement de manière que 5 toute la surface du filtre à particules soit en contact avec du carburant. Cependant, lors de chaque injection, une partie du carburant est susceptible d'atteindre sans s'évaporer une zone dite "humide" de la face cylindrique interne de la conduite io d'échappement qui est située à l'opposée des moyens d'injection. Le carburant liquide se répand alors sur la zone humide. Pour que le carburant liquide puisse être évaporé, il doit être chauffé à une température d'évaporation qui est généralement inférieure à la température des gaz d'échappement. 15 La face interne de la conduite d'échappement est chauffée par les gaz d'échappement. Cependant, dans le même temps, la face cylindrique externe de la conduite d'échappement est refroidie en permanence par de l'air plus frais que les gaz d'échappement. La chaleur des gaz d'échappement transmise à la 20 face interne de la conduite d'échappement est donc en partie dissipée par la face externe de la conduite d'échappement. La face cylindrique interne de la conduite d'échappement n'est donc pas susceptible d'atteindre une température suffisante pour évaporer le carburant liquide. 25 Pour résoudre ce problème, l'invention propose une conduite d'échappement du type décrit précédemment, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de chauffage pour évaporer l'agent réducteur liquide qui sont interposés entre les moyens d'injection et la zone humide de la face cylindrique 30 interne. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - la conduite d'échappement comporte une plaque qui est interposée entre les moyens d'injection et la zone humide de la 2906300 3 face cylindrique interne de manière à recueillir l'agent réducteur liquide, la plaque étant chauffée à une température suffisante pour évaporer l'agent réducteur liquide ; - la plaque chauffée est isolée thermiquement par rapport à 5 la face cylindrique interne de la conduite d'échappement ; - la plaque chauffée est agencée à distance de la zone humide de manière à permettre l'écoulement des gaz d'échappement entre la zone humide et la plaque chauffée ; - les deux faces de la plaque sont chauffées simultanément io par les gaz d'échappement à une température d'évaporation de l'agent réducteur ; - la plaque chauffée est agencée à proximité de la zone humide ; - la plaque chauffée est agencée parallèlement à la zone 15 humide de la face cylindrique interne de manière que l'agent réducteur liquide se répande sur une face humide de la plaque en vis-à-vis des moyens d'injection, la face opposée de la plaque étant dite "face sèche" ; - au moins la face humide de la plaque chauffée comporte 20 des creux et des reliefs de manière que la surface développée de la face humide soit supérieure à l'aire de la plaque ; - la face humide de la plaque chauffée comporte des ondulations ; - les crêtes et les creux des ondulations sont orientés 25 axialement par rapport à la conduite d'échappement ; - la face sèche de la plaque chauffée comporte des creux et des reliefs de manière que la surface développée soit supérieure à l'aire de la plaque ; - la face sèche de la plaque chauffée comporte des 30 ondulations ; - les crêtes et les creux des ondulations sont orientés axialement par rapport à la conduite d'échappement ; - l'épaisseur de la plaque chauffée est constante ; 2906300 4 - la plaque chauffée comporte des orifices traversant qui sont agencés aux creux de la face humide de manière à évacuer le surplus d'agent réducteur liquide ; - la plaque chauffée est fixée à la zone humide de la face 5 cylindrique interne par l'intermédiaire de pattes de fixation qui sont profilées de manière aérodynamique afin de favoriser l'écoulement des gaz d'échappement ; - les pattes de fixation sont plates et elles forment des nervures d'orientation axiale qui relient la zone humide de la face io cylindrique interne et la face sèche de la plaque chauffée ; - l'agent réducteur est du carburant. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés 15 parmi lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe axiale qui représente schématiquement une conduite d'échappement équipée d'un dispositif d'injection de carburant selon les enseignements de l'invention comportant un injecteur de carburant et une plaque 20 chauffée pour évaporer le carburant liquide ; -la figure 2 est une vue en coupe transversale selon le plan de coupe 2-2 de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue de détail en perspective à plus grande échelle qui représente la plaque chauffée de la figure 1. 25 Dans la suite de la description on adoptera à titre non limitatif une orientation axiale dirigée d'amont en aval selon l'axe de la conduite d'échappement qui est indiquée par la flèche "A" des figures et une orientation transversale qui est perpendiculaire à l'orientation axiale et qui est orientée de bas en haut comme 30 indiqué par la flèche "T" des figures. Par la suite, des éléments similaires, analogues ou identiques seront désignés par des mêmes numéros de référence. 2906300 5 On a représenté à la figure 1 une conduite d'échappement 10 d'un moteur à combustion de véhicule automobile d'axe "A". La conduite d'échappement 10 est délimitée radialement par une paroi tubulaire 12. Comme représenté à la figure 2, la 5 paroi 12 présente ici une section transversale circulaire. La paroi 12 comporte une face cylindrique interne 14 qui délimite radialement l'intérieur de la conduite d'échappement 10 et une face cylindrique externe 16. Des gaz d'échappement chauds s'écoulent axialement io d'amont en aval à l'intérieur de la conduite d'échappement 10, comme indiqué par la flèche "G". La face cylindrique interne 14 de la paroi 12 est en contact avec les gaz d'échappement "G". La face cylindrique externe 16 est en contact avec une atmosphère dont la température est généralement inférieure à la 15 température des gaz d'échappement "G". Un injecteur de carburant 18 est agencé dans la paroi 12 de la conduite d'échappement 10. L'injecteur 18 comporte une buse d'extrémité inférieure 20 d'injection de carburant qui est agencée de manière à émettre un cône 22 de carburant pulvérisé 20 à l'intérieur de la conduite d'échappement 10 selon un axe "B" d'orientation globalement transversale. Dans l'exemple représenté aux figures 1 et 2, la buse d'injection 20 est agencée à l'intérieur de la conduite d'échappement 10. A cet effet, la paroi 12 de la conduite 25 d'échappement comporte un orifice supérieur de passage de l'extrémité inférieure de l'injecteur 18. De manière non limitative, l'axe "B" d'injection du carburant n'est pas ici sécant avec l'axe "A" de la conduite d'échappement 10 comme représenté à la figure 2. 30 L'injecteur 18 est agencé en vis-à-vis d'une zone inférieure 24 de la face cylindrique interne 14 de la paroi 12. Cette zone 24 correspond à l'intersection entre la face cylindrique interne 14 et le cône d'injection de carburant 22. 2906300 6 Lors de l'injection de carburant à l'intérieur de la conduite d'échappement 10, au moins une première partie du carburant pulvérisé par l'injecteur 22 est évaporé au contact des gaz d'échappement chauds. Cependant, une deuxième partie du 5 carburant est susceptible de traverser transversalement la conduite d'échappement 10 sans être suffisamment chauffé par les gaz d'échappement "G" pour s'évaporer. Cette deuxième partie du carburant atteint donc ladite zone 24 de la face cylindrique interne 14 en phase liquide. Par la suite cette zone 24 io sera appelée "zone humide" 24 et le carburant injecté par l'injecteur 18 et non évaporé sera appelé "carburant liquide". La paroi 12 de la conduite d'échappement 10 est réalisée dans un matériau conducteur de chaleur. La face cylindrique interne 14 est donc chauffée d'un côté par les gaz d'échappement 15 chauds "G" mais la face cylindrique externe 16 est simultanément refroidie par l'atmosphère extérieure froide. Une partie de la chaleur transmise par les gaz d'échappement "G" à la face interne 14 est donc dissipée par la face externe 16. La température de la zone humide 24 est donc inférieure à 20 la température des gaz d'échappement "G", et elle est susceptible d'être inférieure à la température d'évaporation du carburant liquide. La température de la zone humide 24 n'est alors pas suffisamment élevée pour évaporer le carburant liquide. L'invention propose donc d'équiper la conduite d'échappe- 25 ment 10 avec des moyens de chauffage du carburant liquide. Plus particulièrement, le carburant liquide est ici chauffé et évaporé avant d'atteindre la zone humide 24. A cet effet, une plaque 26 est agencée à l'intérieur de la conduite d'échappement 10 de manière à être interposée 30 transversalement entre l'injecteur 18 et la zone humide 24. La plaque 26 est agencée plus particulièrement de manière à former un écran qui intercepte la totalité du carburant liquide avant qu'il n'atteigne la zone humide 24. A cet effet, les dimensions de la 2906300 7 plaque 26 sont suffisamment grandes pour recouvrir entièrement la zone humide 24. La plaque 26 présente aussi une épaisseur très faible par rapport au diamètre de la conduite d'échappement 10. 5 A titre non limitatif, la plaque 26 présente ici un contour rectangulaire. La plaque 26 est avantageusement agencée à proximité de la zone humide 24 de manière que la course du carburant avant d'atteindre la plaque 26 soit maximale pour que la majeure partie io du carburant ait le temps de s'évaporer au contact des gaz d'échappement "G". Selon une variante non représentée de l'invention, la plaque 26 est agencée à une distance éloignée de la zone humide. 15 La plaque 26 est agencée axialement, parallèlement à l'écoulement des gaz d'échappement "G". Cet agencement permet avantageusement d'éviter des pertes de charge trop importantes des gaz d'échappement. En effet, comme représenté à la figure 2, les gaz d'échappement "G" s'écoulent ainsi parallèlement à la 20 plaque 26. Seul le bord de faible épaisseur de la plaque 26 est susceptible d'offrir une résistance négligeable au passage des gaz d'échappement "G". La plaque 26 est ici agencée parallèlement à la zone humide 24. Ainsi, si la zone humide est courbée, la plaque 26 est 25 aussi courbée de manière à épouser la courbure de la zone humide. Dans cet agencement, une face supérieure 28 dite "humide" de la plaque 26 est susceptible de recueillir le carburant liquide tandis que la face inférieure 30 dite "sèche" est agencée 30 en vis-à-vis de la zone humide 24. La plaque 26 est chauffée à une température suffisante pour évaporer le carburant liquide qui est déposé dessus. 2906300 8 La plaque 26 est plus particulièrement chauffée par les gaz d'échappement chauds "G". A cet effet, la plaque 26 est réalisée dans un matériau conducteur de chaleur. Pour éviter que la plaque 26 soit refroidie par la face 5 cylindrique interne 14 de la paroi 12, la plaque 26 est agencée à distance de la face interne cylindrique 14. La plaque 26, ainsi espacée par rapport à la face cylindrique interne 14 de la paroi 12, est isolée thermiquement de la face interne 14 de la paroi 12 et donc aussi de la face externe 16 de la paroi 12. io Cet agencement a par ailleurs l'avantage de permettre la circulation des gaz d'échappement chauds "G" entre la face sèche 30 de la plaque 26 et la zone humide 24. Les deux faces 28, 30 de la plaque 26 sont donc au contact des gaz d'échappement chauds "G", ce qui permet un chauffage optimal de la plaque 26 15 par les gaz d'échappement "G" à la température des gaz d'échappement sans que la chaleur accumulée ne soit dissipée par la face externe 16 de la paroi 12. Comme représenté à la figure 3, la face humide 28 de la plaque 26 comporte avantageusement des creux et des reliefs de 20 manière à augmenter la surface de la face humide 28, c'est-à-dire que l'aire de la surface développée de la face humide 28 est supérieure au produit des côtés de la plaque 26. Ainsi, la surface de contact entre le carburant liquide et la face humide 28 de la plaque chauffée 26 est augmentée de 25 manière à permettre une évaporation plus efficace du carburant liquide. De plus, une telle configuration permet aussi d'augmenter la surface de contact entre la plaque 26 et les gaz d'échappement chauds "G", ce qui a pour effet de rendre plus efficace le 30 chauffage de la plaque 26 par les gaz d'échappement "G". Avantageusement, la face sèche 30 de la plaque 26 comporte aussi des creux et des reliefs pour augmenter la surface de contact avec les gaz d'échappement "G". 2906300 9 Dans l'exemple représenté à la figure 3, la plaque 26 a une épaisseur constante, et elle présente des ondulations dont les crêtes et les creux sont orientés axialement. Ainsi, les ondulations ne font pas obstacle au passage des gaz 5 d'échappement "G". Selon une variante non représentée de l'invention, les deux faces de la plaque 26 sont plates, c'est-à-dire qu'elles ne présentent pas de reliefs. Il peut aussi arriver que la plaque 26 ne soit pas chauffée io suffisamment pour faire s'évaporer tout les carburant liquide, par exemple, au démarrage du véhicule lorsque la température des gaz d'échappement est peu élevée. Dans ce cas, le carburant risque de s'accumuler dans les creux de la face humide 28 de la plaque 26, formant ainsi un film qui empêche le contact de la 15 plaque 26 avec les gaz d'échappement "G", et qui retarde donc son chauffage. Pour remédier à ce problème, des orifices 32 qui traversent la plaque 26, sont agencés au fond des creux de la face humide 28 de manière à permettre l'évacuation du surplus de 20 carburant liquide. Le diamètre des orifices 32 représentés à la figure 3 est donné à titre d'exemple non limitatif. La plaque 26 est ici fixée à la face cylindrique interne 14 de la paroi par l'intermédiaire de pattes de fixation 34. Les pattes 25 34 s'étendent plus particulièrement entre la zone humide 24 et la face sèche 30 de la plaque 26.Les pattes de fixation 34 s'étendent ici radialement par rapport à l'axe "A" de la conduite 10. Selon une variante non représentée de l'invention, les 30 pattes de fixation 34 s'étendent transversalement. Les pattes de fixation sont profilées de manière aérodynamique afin de ne pas offrir de résistance sensible à l'écoulement des gaz d'échappement "G". Plus particulièrement, 2906300 i0 les pattes de fixation 34 forment ici des nervures plates de faible épaisseur qui s'étendent dans un plan axial transversal et qui relient la zone humide 24 de la paroi 12 à la face sèche 30 de la plaque 26. 5 La description a été réalisée avec un injecteur 18 de carburant. Cependant, l'invention est aussi applicable à tout autre agent réducteur liquide dont la température d'évaporation est susceptible d'être inférieure ou égale à la température des gaz d'échappement chauds "G". REVENDICATIONS 1. Conduite d'échappement (10) d'un moteur à combustion interne, notamment de véhicule automobile, qui comporte des moyens (18) pour injecter transversalement un agent réducteur liquide dans la conduite d'échappement (10) du moteur de manière que l'agent réducteur injecté s'évapore au contact des gaz d'échappement chauds (G), une partie non évaporée de l'agent réducteur injecté étant susceptible d'atteindre en phase liquide une zone (24) dite humide de la face cylindrique interne io (14) de la conduite d'échappement (10), caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de chauffage (26) pour évaporer l'agent réducteur liquide qui sont interposés entre les moyens d'injection (18) et la zone humide (24) de la face cylindrique interne (12). 15 2. Conduite d'échappement (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte une plaque (26) qui est interposée entre les moyens d'injection (18) et la zone humide (24) de la face cylindrique interne (14) de manière à recueillir l'agent réducteur liquide, la plaque (26) étant chauffée à une 20 température suffisante pour évaporer l'agent réducteur liquide. 3. Conduite d'échappement selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la plaque chauffée (26) est isolée thermiquement par rapport à la face cylindrique interne (14) de la conduite d'échappement (10). 25 4. Conduite d'échappement (10) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la plaque chauffée (26) est agencée à distance de la zone humide (24) de manière à permettre l'écoulement des gaz d'échappement (G) entre la zone humide (24) et la plaque chauffée (26). 30 5. Conduite d'échappement selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les deux faces (28, 30) de la plaque (26) sont chauffées simultanément par les gaz 2906300 12 d'échappement (G) à une température d'évaporation de l'agent réducteur. 6. Conduite d'échappement selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la plaque chauffée (26) est 5 agencée à proximité de la zone humide (24). 7. Conduite d'échappement selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisée en ce que la plaque chauffée (26) est agencée parallèlement à la zone humide (24) de la face cylindrique interne (14) de manière que l'agent réducteur liquide se répande sur une face humide (28) de la plaque (26) en vis-à-vis des moyens d'injection (18), la face opposée (30) de la plaque (26) étant dite "face sèche". 8. Conduite d'échappement selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu'au moins la face humide (28) de la plaque chauffée (26) comporte des creux et des reliefs de manière que la surface développée de la face humide (28) soit supérieure à l'aire de la plaque (26). 9. Conduite d'échappement selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la face humide (28) de la plaque chauffée (26) comporte des ondulations. 10. Conduite d'échappement selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les crêtes et les creux des ondulations sont orientés axialement par rapport à la conduite d'échappement (10). 11. Conduite d'échappement selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisée en ce que la face sèche (30) de la plaque chauffée (26) comporte des creux et des reliefs de manière que la surface développée soit supérieure à l'aire de la plaque (26). 12. Conduite d'échappement selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la face sèche (30) de la plaque chauffée (26) comporte des ondulations. 2906300 13 13. Conduite d'échappement selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les crêtes et les creux des ondulations sont orientés axialement par rapport à la conduite d'échappement (10). 5 14. Conduite d'échappement selon l'une quelconque des revendications 2 à 13, caractérisée en ce que l'épaisseur de la plaque chauffée (26) est constante. 15. Conduite d'échappement selon l'une quelconque des revendications 10 à 14, caractérisée en ce que la plaque chauffée 10 (26) comporte des orifices (32) traversant qui sont agencés aux creux de la face humide (28) de manière à évacuer le surplus d'agent réducteur liquide. 16. Conduite d'échappement selon l'une quelconque des revendications 2 à 14, caractérisée en ce que la plaque chauffée 15 (26) est fixée à la zone humide (24) de la face cylindrique interne (14) par l'intermédiaire de pattes de fixation (34) qui sont profilées de manière aérodynamique afin de favoriser l'écoulement des gaz d'échappement (G). 17. Conduite d'échappement selon la revendication 20 précédente, caractérisée en ce que les pattes de fixation (34) sont plates et elles forment des nervures d'orientation axiale qui relient la zone humide (24) de la face cylindrique interne (14) et la face sèche (28) de la plaque chauffée (26). 18. Conduite d'échappement selon l'une quelconque des 25 revendications précédentes, caractérisée en ce que l'agent réducteur est du carburant.