Brevet FR2922593A3 — publié le 20090424

FR 2922593 A3 20090424 FR 0707371 A 20071022 La présente invention se rapporte à une ligne d'échappement de moteur de véhicule automobile. Elle concerne aussi un moteur et un véhicule. Elle trouve donc une application dans les moteurs à combustion interne et, plus particulièrement, dans celui des moteurs Diesel. Afin de répondre aux futures normes antipollution, les moteurs, et plus particulièrement les moteurs Diesel, doivent être mis au point de façon à produire le moins possible d'émissions toxiques à l'échappement, ces émissions devant être converties par des systèmes de post-traitement des gaz d'échappement. Les moteurs Diesel!, en raison de leur fonctionnement spécifique, émettent, contenus dans leurs gaz d'échappement, des suies polluantes appelées particules, ainsi que des composants polluants (NOX, SOX, HC notamment). Afin de régénérer les filtres de la ligne d'échappement et de permettre la mise en oeuvre de certaines réactions chimiques, il est nécessaire de faire varier la température de ces filtres, ainsi que la composition des gaz d'échappement en éléments réducteur (HC) et oxydant (02). La régénération a notamment lieu quand la température des gaz d'échappement traversant le filtre atteint un niveau suffisant pour permettre la combustion des particules. Pour réaliser ces modifications de composition des gaz, il existe deux solutions. La première consiste à faire usage des injecteurs de carburant du moteur (on parle alors d'injection tardive après combustion). La seconde fait usage d'un injecteur additionnel implanté directement sur la ligne d'échappement, en amont des dispositifs de post-traitement des gaz. L'utilisation de cet injecteur permet de diminuer la dilution due aux injections tardives, d'ajuster la richesse des gaz d'échappement et leur température. indépendamment du fonctionnement du moteur. Le dispositif décrit dans le document FR-A-2 891 305 au nom du présent demandeur met en application cette seconde technique et 35 permet d'optimiser la combustion des gouttelettes de carburant. Pour ce faire, on provoque la mise en rotation du mélange formé par les gaz et le carburant pour améliorer la qualité de ce mélange, en vue d'utiliser tout l'oxygène encore disponible dans les gaz d'échappement. Toutefois, dans certains modes de fonctionnement du moteur, les gaz d'échappement ne possèdent pas une température suffisante pour que la vaporisation du carburant injecté s'effectue correctement. Le carburant ne se vaporise donc pas complètement, ruisselle sur les parois de la ligne d'échappement et ne participe pas au réchauffement et/ou à l'augmentation de la richesse des gaz d'échappement. Dans les lignes d'échappement des moteurs Diesel actuels, le carburant est introduit à une pression inférieure à 10 Bar. Or, ce paramètre de pression influence à l'ordre un le diamètre des gouttelettes qui composent le jet de carburant. En effet, plus la pression est élevée, plus les gouttelettes deviennent fines et plus leur vaporisation (atomisation) est importante. Dans la pratique, les grosses gouttes sont peu influencées par l'écoulement gazeux à l'échappement et sont difficiles à vaporiser. Et la distance entre la zone d'impact de ces gouttes sur la paroi de l'échappement et l'organe catalytique peut être insuffisante pour garantir une vaporisation complète. A titre indicatif, la taille des gouttelettes générées est comprise entre 10 et 250 micromètres. II est alors nécessaire d'injecter plus de carburant, ce qui augmente la consommation du véhicule et provoque plus de rejet dans l'atmosphère. La présente invention vise donc à résoudre ces difficultés en proposant une ligne d'échappement dans laquelle la vaporisation des gouttelettes de carburant injecté est améliorée, ceci sans apport d'un matériau supplémentaire dans la ligne, ou d'une source de chaleur. La présente invention concerne donc une ligne d'échappement de moteur de véhicule automobile, qui comporte un conduit d'échappement pourvu d'un filtre à particules et, en amont de ce filtre, un injecteur de carburant dans le conduit. Cette ligne se caractérise essentiellement par le fait : -qu'elle comporte, disposé en aval de l'injecteur et en amont dudit filtre à particule, des moyens déflecteurs d'orientation généralement axiale, qui scindent localement ledit conduit d'échappement en deux conduits généralement axiaux, à savoir un conduit principal et un conduit secondaire ; - et que le jet de carburant distribué par ledit injecteur est orienté de telle manière que la partie périphérique de ce jet est interceptée par les dits moyens déflecteurs et évacuée en aval via le conduit principal, tandis que sa partie centrale est distribuée dans le conduit secondaire, et évacuée en aval via celui-ci. Par l'expression deux conduits généralement axiaux , on entend que ces conduits s'étendent parallèlement au grand axe de la ligne d'échappement. Les différentes études menées jusqu'à aujourd'hui montrent que les gouttelettes de carburant dont le diamètre est inférieur à 50 pm sont influencées par l'écoulement gazeux et leur trajectoire est déviée par le flux de gaz. Ces gouttes étant petites, elles peuvent s'évaporer dans les gaz. Au dessus de 100 pm, les gouttes ne sont quasiment plus influencées par le flux des gaz, de sorte qu'elles vont conserver leur trajectoire initiale et aller impacter la paroi en vis-à-vis. La présente invention propose donc de créer un triage à double conduit d'échappement, qui permet aux gouttelettes de taille élevée d'emprunter l'un des conduits, et aux petites gouttelettes d'emprunter l'autre conduit. Le conduit réservé aux "grosses" gouttelettes sera agencé de sorte à augmenter leur temps de transfert et, ainsi, d'améliorer leur vaporisation au contact des parois. Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention : - lesdits moyens déflecteurs consistent en un élément de paroi ; - ledit conduit principal est aligné avec ledit conduit 35 d'échappement, tandis que ledit conduit secondaire est décalé latéralement par rapport à ce dernier. 4 - elle comporte également un dispositif d'oxydation catalytique qui est disposé en aval desdits conduits principal et secondaire et en amont dudit filtre à particules. L'invention se rapporte également à un moteur de véhicule automobile équipé d'une ligne d'échappement selon l'une des caractéristiques précédentes, ainsi qu'à un véhicule automobile équipé d'un tel moteur. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation préférentiel. Cette description sera donnée en références au dessin annexé dans lequel la figure 1 est un schéma montrant, de manière extrêmement simplifiée, une ligne d'échappement de véhicule automobile conforme à l'invention. Sur la figure annexée, le moteur du véhicule automobile, qui 15 n'a pas été représenté dans un simple but de simplification, est censé se situer sur la gauche de la ligne d'échappement référencée 1. On a symbolisé par la flèche GE, le flux de gaz d'échappement qui traverse la ligne 1. Celle-ci comprend un conduit d'échappement 10, dont 20 l'extrémité aval, quand on considère le sens de déplacement des gaz, est raccordée à un dispositif d'oxydation catalytique 5 et à un filtre à particules. Des moyens déflecteurs 4 scindent localement le conduit 10 en deux conduits 11 et 12. Ces moyens déflecteurs 4 sont orientés généralement 25 axialement par rapport au flux de gaz GE et consistent préférentiellement en un élément de paroi. Du fait de la présence de cette paroi, ledit flux GE est fractionné en deux parties, une partie principale qui s'engouffre dans le conduit principal 11 et la partie restante dans le conduit secondaire 12. 30 Comme montré sur la figure, le conduit principal 11 est aligné avec le conduit d'échappement 10, tandis que le conduit secondaire 12 est décalé latéralement par rapport à ce dernier. Dans ces conditions, on comprend que les gaz qui s'engagent dans ce conduit secondaire 12 mettent plus de temps pour rejoindre le 35 conduit d'échappement 10 que ceux qui s'engouffrent directement dans le conduit principal 11. Ce phénomène va être mis à profit selon l'invention, ainsi qu'on l'expliquera plus loin. La ligne 1 est par ailleurs pourvu d'un injecteur de carburant 2 qui distribue celui-ci sous la forme d'un jet 3 à l'intérieur du conduit 5 d'échappement 10. Plus précisément, l'injecteur 2 est disposé de telle manière que sa partie périphérique 30 soit interceptée au moins en partie par l'élément de paroi 4 de manière à être dirigée dans le conduit principal 11, tandis que sa partie centrale 31 est distribuée dans le conduit secondaire 12. L'entrée du conduit secondaire 12 aura préférentiellement une section circulaire, de manière à l'axe du jet 3 soit dirigé sur le centre de ce cercle. Le jet a une forme globalement conique. Dans un tel jet, les 15 gouttelettes qui constituent sa périphérie ont naturellement une taille inférieure à celles qui constituent sa partie centrale. Ces gouttelettes, dont le flux est matérialisé sur la figure par la flèche PG, se vaporisent rapidement et participent également rapidement à l'élévation de température de la ligne d'échappement, et/ou à l'élévation de 20 la richesse du flux de gaz en carburant. Parallèlement, les gouttelettes qui constituent la partie centrale 31 du jet 3 s'engouffrent dans le conduit secondaire 12. Ce flux GG, comme déjà vu plus haut, et plus de temps à traverser ledit conduit, de sorte que les gouttelettes ont le temps de se vaporiser au contact des parois de ce 25 conduit 12, déjà réchauffées par la vaporisation des gouttes les plus petites. REVENDICATIONS 1. Ligne d'échappement (1) de moteur de véhicule automobile, qui comporte un conduit d'échappement (10) pourvu d'un filtre (6) à particules et, en amont de ce filtre (6), un injecteur (2) de carburant dans le conduit (10), caractérisée par le fait : - qu'elle comporte, disposé en aval de l'injecteur (2) et en amont dudit filtre à particule (6), des moyens déflecteurs (4) d'orientation généralement axiale, qui scindent localement ledit conduit d'échappement (10) en deux conduits généralement axiaux, à savoir un conduit principal (11) et un conduit secondaire (12) ; - et que le jet (3) de carburant distribué par ledit injecteur (2) est orienté de telle manière que la partie périphérique (30) de ce jet (3) est interceptée par les dits moyens déflecteurs (4) et évacuée en aval via le conduit principal (11), tandis que sa partie centrale (31) est distribuée dans le conduit secondaire (12), et évacuée en aval via celui-ci. 2. Ligne d'échappement selon la revendication précédente, caractérisée par le fait que lesdits moyens déflecteurs (4) consistent en un élément de paroi. 3. Ligne d'échappement selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que ledit conduit principal (11) est aligné avec ledit conduit d'échappement (10), tandis que ledit conduit secondaire (12) est décalé latéralement par rapport à ce dernier. 4. Ligne d'échappement selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle comporte également un dispositif d'oxydation catalytique (5), qui est disposé en aval desdits conduits principal et secondaire (11, 12) et en amont dudit filtre à particules (6). 5. Moteur de véhicule automobile équipé d'une ligne d'échappement (1) selon l'une des revendications précédentes. 6. Véhicule automobile équipé d'un moteur selon la revendication précédente.