Brevet FR2922944A1 — publié le 20090501

B07/2283FR GBR Société par Actions Simplifiée dite : RENAULT s.a.s Dispositif d'injection de carburant dans une conduite d'échappement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile Invention de : FASOLO Bertrand 2 Dispositif d'injection de carburant dans une conduite d'échappement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile L'invention concerne le domaine général des dispositifs de traitement catalytique pour gaz d'échappement de moteur à combustion interne de véhicule automobile. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif d'injection de carburant dans une conduite d'échappement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile comprenant une buse d'injection disposée sensiblement dans l'axe de la conduite d'échappement sur laquelle est monté un dispositif de traitement des gaz d'échappement du moteur situé en aval du dispositif d'injection de carburant. L'hétérogénéité des processus de combustion dans les moteurs, en particulier dans les moteurs Diesel, a pour effet de générer des particules de carbone polluantes dont il convient de diminuer le rejet dans l'atmosphère. Parmi les systèmes connus pour réduire considérablement la quantité de particules, poussières et autres suies, émises dans l'atmosphère, et satisfaire aux normes antipollution, on peut citer le filtre à particules monté dans la ligne d'échappement du moteur. En effet, un tel filtre est conçu de manière à pouvoir retenir les particules contenues dans les gaz d'échappement qui le traversent. Cependant, au fur et à mesure de l'utilisation du moteur, les particules s'accumulent dans le filtre et finissent par entraîner une contre-pression importante à l'échappement du moteur, ce qui diminue considérablement ses performances. 3 A cet égard, des dispositifs de régénération pilotés permettent de brûler périodiquement les particules piégées dans le filtre et d'éviter ainsi une élévation importante de la contre-pression à l'échappement et un colmatage du filtre. Cette régénération est effectuée en élevant la température au niveau du filtre à particules jusqu'à une température de l'ordre de 650°C, à partir de laquelle les particules de carbone retenues dans le filtre s'enflamment instantanément. Pour ce faire, on peut procéder à une injection retardée de carburant, ou post-injection, dans les chambres de combustion du moteur. On peut, en particulier, injecter du carburant après le point mort haut lors de la phase de détente, ce qui a pour effet d'augmenter la température des gaz d'échappement. Toutefois, une telle injection retardée présente l'inconvénient d'élever la température des gaz d'échappement très en amont du filtre à particules, ce qui est susceptible d'engendrer une fatigue mécanique et de provoquer un phénomène de dilution du carburant dans l'huile de lubrification du moteur. I1 en découle ainsi une dégradation de ses propriétés physicochimiques pouvant aboutir à une usure prématurée du moteur. Pour procéder à une régénération du filtre, on peut également prévoir un dispositif de traitement des gaz d'échappement monté sur la ligne d'échappement et pourvu d'un catalyseur d'oxydation et d'un injecteur de carburant disposé en amont du catalyseur d'oxydation, en considérant le sens de circulation des gaz d'échappement. Un catalyseur d'oxydation permet d'oxyder en dioxyde de carbone et eau les produits résiduels de combustion tels que le monoxyde de carbone. Lors de l'injection de carburant par l'injecteur supplémentaire disposé sur la ligne d'échappement, le carburant s'évapore et est 4 entraîné par les gaz d'échappement vers le catalyseur d'oxydation, en se mélangeant aux gaz d'échappement du moteur. La richesse des gaz d'échappement du moteur caractérise la masse de carburant par unité de masse de gaz d'échappement. Le niveau moyen de la réaction exothermique dans le catalyseur d'oxydation dépend de la richesse moyenne des gaz en entrée du catalyseur d'oxydation. Or, la richesse des gaz en entrée du catalyseur n'est pas uniforme, et des zones de gaz de richesse élevée peuvent apparaître, notamment sur une portion de paroi de la ligne d'échappement. De telles zones, dans lesquelles la richesse des gaz d'échappement est élevée, provoquent des températures plus fortes au sein du catalyseur. Dans ces conditions, on conçoit aisément que le catalyseur d'oxydation soit fortement sollicité thermiquement, ce qui peut être à l'origine d'un vieillissement anticipé, voire de la destruction de celui-ci. La demande de brevet européen EP 1 643 092 (Arvin Meritor Emissions Technologies GmbH) propose un injecteur de carburant disposé dans la ligne d'échappement du moteur, qui comporte des moyens de vaporisation du carburant avant son injection dans la conduite d'échappement. L'injecteur de carburant comporte un unique orifice d'injection du carburant vaporisé, qui est centré sur et dirigé selon l'axe de la conduite d'échappement. Cette solution permet d'améliorer l'homogénéité de la richesse des gaz d'échappement en entrée du catalyseur d'oxydation lorsque ce dernier est situé à une distance suffisante de l'injecteur de carburant. En effet, à proximité de l'orifice d'injection, la richesse en carburant du mélange de gaz est beaucoup plus importante au centre de la conduite d'échappement qu'à proximité de sa paroi latérale, et ce n'est qu'au bout d'une certaine distance que la richesse de carburant du mélange de gaz d'échappement est sensiblement la même au centre de la conduite d'échappement et à proximité de sa paroi latérale. Or, dans les moteurs actuels, le catalyseur d'oxydation et l'injecteur de carburant sont rapprochés. Aussi, la solution proposée 5 par le document EP 1 643 092 ne permet pas, sur cette distance réduite, d'obtenir un mélange des gaz d'échappement et de carburant vaporisé assez homogène pour éviter un vieillissement anticipé ou une destruction du catalyseur d'oxydation. La demande de brevet français FR 06 10138 (Renault) propose une nouvelle ligne d'échappement dans laquelle la richesse de carburant dans les gaz d'échappement a une homogénéité améliorée à l'entrée du catalyseur d'oxydation, en particulier lorsque la distance entre le catalyseur d'oxydation et l'injecteur de carburant est réduite. Ce document divulgue une ligne d'échappement de moteur à combustion interne comportant une conduite d'échappement et, en amont de moyens de dépollution et de filtrage, un injecteur de carburant additionnel pourvu d'un orifice d'injection orienté sensiblement selon l'axe de la conduite d'échappement. L'injecteur de carburant comporte un autre orifice d'injection orienté sensiblement selon l'axe de la conduite d'échappement, les deux orifices d'injection étant répartis de part et d'autre de l'axe de la conduite d'échappement. L'utilisation de deux orifices d'injection, répartis de part et d'autre de l'axe de la conduite d'échappement et orientés selon cet axe, permet de mieux répartir le carburant vaporisé dans les gaz d'échappement. Toutefois, la réalisation d'un tel système révèle une forte complexité dans la réalisation de ces orifices, de manière à équilibrer les débits en tenant compte des pertes de charge. En outre, le faible diamètre de certains orifices d'injection peut entraîner un encrassement de ces orifices d'injection. 6 La présente invention vise à résoudre ces différents inconvénients, de manière simplifiée, et à coût réduit. A cet effet, l'invention a pour objet, selon un premier aspect, un dispositif d'injection de carburant dans une conduite d'échappement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile. Le dispositif comprend une buse d'injection disposée sensiblement dans l'axe de la conduite d'échappement, et des moyens de déflexion montés autour de la buse d'injection et agencés pour dévier radialement au moins une partie du carburant injecté vers la périphérie de la conduite d'échappement. Ainsi, sur une distance réduite, la richesse du mélange des gaz de sortie du moteur et du carburant injecté dans la conduite d'échappement a une homogénéité améliorée, ce qui limite les risques de dégradation du catalyseur d'oxydation. Avec un tel système, il devient dès lors possible d'obtenir une homogénéité améliorée de la richesse des gaz en entrée du catalyseur d'oxydation, de manière particulièrement économique et fiable. Dans un mode de réalisation, le dispositif comprend, en outre, des moyens de passage pour laisser passer au moins une partie du carburant injecté à proximité d'une surface externe des moyens de déflexion. De tels moyens de passage, par exemple réalisés sous forme d'ouvertures régulièrement réparties, permettent d'améliorer sensiblement la dispersion radiale du carburant injecté, à proximité de l'injection. Dans un mode de réalisation, le dispositif comprend, en outre, des moyens de séparation du flux de carburant en deux écoulements, dirigés d'une part vers lesdits moyens de passage à proximité de la 7 surface externe des moyens de déflexion, et d'autre part dans la buse d'injection. Ainsi, on répartit de manière appropriée le carburant injecté dans la ligne d'échappement, d'un part, vers la partie centrale de la ligne d'échappement, et d'autre part, dans la zone périphérique de la ligne d'échappement du moteur. Par exemple, les moyens de déflexion sont montés en partie dans la buse d'injection. Un tel montage est à la fois aisé à réaliser et robuste. Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend, en outre, des moyens de vaporisation du carburant pour injecter du carburant vaporisé dans la ligne d'échappement. Injecter du carburant déjà vaporisé dans la ligne d'échappement permet de limiter la surconsommation de carburant qui serait nécessaire pour augmenter la température des gaz d'échappement du moteur de manière à permettre la vaporisation d'un carburant injecté sous forme liquide. Dans un mode de réalisation, les moyens de séparation comprennent une plaque délimitant deux chambres à l'intérieur du dispositif. Ces deux chambres permettent de déterminer avec précision les proportions de carburant injectées d'une part vers lesdits moyens de passage à proximité de la surface externe des moyens de déflexion, et d'autre part dans la buse d'injection. Dans un mode de réalisation, la surface de déflexion des moyens de déflexion est continue. La déviation radiale du carburant est ainsi améliorée. 8 Selon un mode de réalisation, les moyens de déflexion présentent une symétrie de révolution selon l'axe de la conduite d'échappement. De telles réalisations sont simples et de coût réduit. Selon un autre aspect de l'invention, il est également proposé un procédé de régénération d'un dispositif de traitement, monté dans la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne du type Diesel et comprenant un catalyseur d'oxydation, par injection de carburant dans la ligne d'échappement en amont du catalyseur d'oxydation. On dévie radialement au moins une partie du carburant injecté dans la ligne d'échappement. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'un mode de réalisation nullement limitatif, et des dessins annexés, sur lesquels : -la figure 1 est un schéma synoptique d'un système selon un aspect de l'invention ; et - les figures 2, 3 et 4 sont des vues en coupe transversale de la conduite d'échappement de la figure 1 montrant le dispositif d'injection de carburant selon trois modes de réalisation de l'invention. Sur la figure 1, on a représenté un dispositif d'injection de carburant dans une conduite d'échappement 1 d'un moteur à combustion interne 2 de véhicule automobile, selon un aspect de l'invention. Une ligne d'échappement, dans une position supposée horizontale, est reliée au moteur à combustion interne 2 d'un véhicule automobile. La ligne d'échappement comprend un dispositif de traitement 3 des gaz d'échappement issus du moteur 2. 9 Le dispositif de traitement 3 comprend un filtre à particules 4 et un catalyseur d'oxydation 5, disposé en amont du filtre à particules 4, en considérant le sens de circulation des gaz d'échappement du moteur 2 à l'intérieur de la conduite d'échappement 1. Le filtre à particules 4 est de type classique et comporte des moyens, par exemple électrostatiques, pour piéger les suies et les particules provenant du moteur 2 et véhiculées par les gaz d'échappement dans la ligne d'échappement. Afin de réchauffer les gaz d'échappement lors de phases de régénération du filtre à particules 4, le dispositif comprend également un injecteur de carburant 6 monté en amont du catalyseur d'oxydation 5. L'injecteur de carburant 6 et le catalyseur d'oxydation 5 permettent d'augmenter la température des gaz d'échappement avant leur entrée à l'intérieur du filtre à particules 4. L'injecteur de carburant 6 comprend des moyens d'alimentation en carburant et des moyens de vaporisation du carburant, non représentés sur la figure 1, permettant d'injecter du carburant déjà vaporisé dans la conduite d'échappement 1, ce qui permet d'améliorer sensiblement le mélange de carburant injecté avec les gaz d'échappement. En variante, l'injecteur de carburant 6 peut injecter du carburant sous forme liquide. Les moyens de vaporisation du carburant peuvent, par exemple, comprendre une bougie de chauffage similaire à celles utilisées pour le démarrage à froid d'un moteur Diesel. Une unité de commande électronique 7 est connectée aux différents éléments du système, de manière à pouvoir recevoir des informations représentatives de l'état du dispositif, et à pouvoir gérer le fonctionnement de ces différents éléments. Le dispositif peut 10 comprendre également des capteurs de température ou de pression, également connectés à l'unité de commande électronique 7, et non représentés sur la figure 1. La figure 2 illustre de manière plus détaillée une vue en coupe transversale de la conduite d'échappement de la figure 1 montrant le dispositif d'injection de carburant selon un aspect de l'invention. L'injecteur 6 comprend un orifice d'injection 9 sensiblement centré sur l'axe 9a de la conduite d'échappement 1. Des éléments de déflexion 10 permettent de dévier radialement au moins une partie du carburant injecté dans la ligne d'échappement. Ces moyens de déflexion peuvent avoir une surface de déflexion l0b continue et présenter une symétrie de révolution selon l'axe 9 de la ligne d'échappement 1. La déviation radiale provient essentiellement de l'effet Coanda. La figure 3 illustre une variante de réalisation d'un dispositif selon la figure 2, selon un autre aspect de l'invention. Des moyens de passage 8 permettent de laisser passer une partie du carburant injecté à proximité de la surface externe de déflexion l0a des éléments de déflexion 10, et ainsi améliorer la dispersion radiale du carburant injecté. Aussi sur une distance réduite en aval de l'injecteur, la concentration en carburant dans les gaz d'échappement est d'une homogénéité fortement améliorée, ce qui permet d'améliorer le fonctionnement du catalyseur disposé à une distance réduite de l'injecteur 6. Les moyens de passage 8 peuvent avoir une multitude de formes quelconques formant orifices disposés à proximité de la surface externe l0a des éléments de déflexion 10. La figure 4 représente une variante de réalisation d'un dispositif selon la figure 3, dans laquelle une plaque 11 délimite deux 11 chambres 12 et 13 à l'intérieur de l'injecteur 6, de manière à séparer le flux de carburant en deux écoulements dirigés d'une part vers les moyens de passage 8, et d'autre part dans la buse d'injection 14. Ainsi, une partie du carburant injecté dans la ligne d'échappement est déviée radialement vers la paroi interne de la ligne d'échappement 1, et une autre partie est injectée vers la partie centrale de la ligne d'échappement 1. Aussi, sur une faible distance, la richesse des gaz véhiculés en direction du catalyseur d'oxydation 5 a une homogénéité améliorée. Sur les figures 2, 3 et 4, les éléments de déflexion 10 comprennent une première partie sensiblement cylindrique, et une deuxième partie sensiblement tronconique. Toutefois, en variante, toute forme permettant de diffuser radialement une partie du carburant à injecter convient. L'invention permet, sur une faible distance, d'améliorer sensiblement l'homogénéité de la richesse en carburant des gaz véhiculés dans la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne à destination d'un catalyseur d'oxydation d'un dispositif de traitement des gaz d'échappement, et ainsi éviter une détérioration du catalyseur d'oxydation. L'injection de carburant sous forme vaporisée dans la ligne d'échappement permet, en outre, de limiter la quantité de carburant supplémentaire nécessaire à la réalisation d'un phase de régénération du dispositif de traitement des gaz d'échappement du moteur.25 REVENDICATIONS 1. Dispositif d'injection de carburant dans une conduite d'échappement (1) d'un moteur à combustion interne (2) de véhicule automobile comprenant une buse d'injection disposée sensiblement dans l'axe de la conduite d'échappement (1), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de déflexion (10) montés autour de la buse d'injection (14) et agencés pour dévier radialement au moins une partie du carburant injecté vers la périphérie de la conduite d'échappement (1). 2. Dispositif selon la revendication 1, comprenant, en outre, des moyens de passage (8) pour laisser passer au moins une partie du carburant injecté à proximité d'une surface externe (l0a) des moyens de déflexion (10). 3. Dispositif selon la revendication 2, comprenant, en outre, des moyens de séparation du flux de carburant en deux écoulements, dirigés d'une part vers lesdits moyens de passage (8) à proximité de la surface externe (l0a) des moyens de déflexion (10), et d'autre part dans la buse d'injection (14). 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les moyens de déflexion (10) sont montés en partie dans la buse d'injection (14). 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, comprenant, en outre, des moyens de vaporisation du carburant pour injecter du carburant vaporisé dans la ligne d'échappement (1). 6. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, dans lequel les moyens de séparation comprennent une plaque (11) délimitant deux chambres à l'intérieur du dispositif. 13 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la surface de déflexion (l0a) des moyens de déflexion (10) est continue. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les moyens de déflexion (10) présentent une symétrie de révolution selon l'axe (9) de la conduite d'échappement (1). 9. Procédé de régénération d'un dispositif de traitement (3), monté dans la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne (2) du type Diesel et comprenant un catalyseur d'oxydation (5), par injection de carburant dans la ligne d'échappement en amont du catalyseur d'oxydation (5), caractérisé en ce que l'on dévie radialement au moins une partie du carburant injecté dans la ligne d'échappement (1).