Brevet FR2926108A1 — publié le 20090710

DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale le domaine des joints de protection thermique. Elle concerne plus particulièrement un joint de protection thermique qui comporte un bord périphérique extérieur et un bord intérieur qui délimite une ouverture centrale. Elle concerne également un dispositif de refroidissement d'une buse d'injection associé, ainsi qu'une ligne d'échappement comportant un tel dispositif de refroidissement. Elle concerne enfin un moteur à combustion interne comportant une telle ligne d'échappement. ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE Les moteurs à combustion interne Diesel émettent dans leurs gaz d'échappement des particules et des molécules d'oxyde d'azote polluantes. Afin de limiter ces émissions polluantes, des dispositifs de dépollution sont implantés sur la ligne d'échappement en aval de la chambre de combustion. Ces dispositifs de dépollution ont des températures de fonctionnement optimal élevées. Afin de garantir leur bon fonctionnement, il est connu d'augmenter la température des gaz d'échappement circulant dans la conduite d'échappement. Pour cela, certains moteurs utilisent une buse d'injection de carburant additionnelle située sur la ligne d'échappement afin d'injecter' du carburant directement dans la conduite d'échappement. Cette buse d'injection traverse la paroi de la conduite d'échappement du moteur et permet l'injection de carburant à travers de petits orifices situés à l'extrémité de la buse, appelée nez de la buse. Ces petits orifices assurent une pulvérisation fine du carburant qui permet une bonne homogénéisation du mélange gaz/carburant. Pour garantir un bon fonctionnement de la buse d'injection, il est prévu un dispositif de refroidissement de cette buse. En effet, la buse d'injection ne peut fonctionner correctement aux températures des gaz d'échappement qui atteignent 400 à 650°C. Si la température du nez de la buse d'injection dépasse 160 à 220°C, un phénomène d'encrassement des orifices de la buse intervient : la cokéfaction des résidus de carburant présents à proximité des orifices d'injection produit des particules qui obturent ces derniers, et la quantité de carburant injectée est modifiée. Les dispositifs de refroidissement des buses d'injection actuels sont situés dans le support de la buse d'injection et ne peuvent refroidir directement le nez de la buse proche des gaz d'échappement. De plus, certains de ces dispositifs de refroidissement ne sont pas isolés thermiquement de la paroi de la conduite d'échappement et refroidissent donc à la fois la buse d'injection et la paroi de la conduite d'échappement. Le refroidissement de la conduite d'échappement est néfaste. Il est en effet favorable de maintenir une température maximale pour la paroi de la conduite d'échappement recevant les jets de carburant injectés afin d'assurer une bonne vaporisation des gouttelettes de carburant. D'autres dispositifs de refroidissement comportent un joint qui isole thermiquement le support refroidi de la paroi de la conduite d'échappement. Ce joint réalisé par exemple en mica permet de maintenir une température maximale pour la paroi de la conduite d'échappement, mais ne permet pas d'améliorer le refroidissement du nez de la buse d'injection. OBJET DE L'INVENTION Afin de remédier aux inconvénients précités de l'état de lâ technique, la présente invention propose un joint de protection thermique permettant d'améliorer le refroidissement du nez de la buse d'injection traversant la paroi de la conduite d'échappement tout en maintenant une température maximale au niveau de la paroi de cette conduite. Plus particulièrement, selon l'invention, on propose un joint de protection thermique tel que défini en introduction, comportant deux parties concentriques réalisées en deux matières distinctes, une partie centrale en matière thermiquement conductrice qui longe ledit bord intérieur et une partie périphérique en matière thermiquement isolante qui longe ledit bord périphérique extérieur. Un tel joint de protection thermique placé entre deux pièces mécaniques assure un échange thermique optimal entre lesdites pièces mécaniques dans sa partie centrale et limite considérablement les échanges thermiques dans sa partie périphérique. Un tel joint de protection thermique trouve une application particulièrement avantageuse dans le cas où les deux pièces mécaniques entre lesquelles il est placé sont un support d'une buse d'injection de carburant refroidi par une circulation d'un liquide de refroidissement et une paroi d'une conduite d'échappement d'un moteur à combustion interne chauffée par les gaz d'échappement. Le nez de la buse d'injection logée dans le support est alors situé près de l'ouverture centrale du joint de protection thermique. La partie centrale du joint réalisée en matière thermiquement conductrice étant efficacement refroidie au contact du support, la température de la paroi de la conduite d'échappement au voisinage de cette partie centrale du joint, où se trouve le nez de la buse d'injection, diminue sensiblement. En revanche, la partie périphérique du joint de protection étant réalisée en matière thermiquement isolante, cette partie périphérique du joint n'est pas refroidie, et la paroi de la conduite d'échappement en contact avec cette partie périphérique du joint n'est pas refroidie. La température de la paroi de la conduite reste maximale en dehors de la zone jouxtant immédiatement le nez de la buse d'injection, ce qui est favorable à une vaporisation optimale du jet de carburant émis par la buse d'injection. Ce joint assure donc un refroidissement sélectif de la zone proche du nez de la buse d'injection, ce qui garantit un fonctionnement optimal de cette buse et évite les phénomènes d'obturation des orifices d'injection, tout en assurant le maintien d'une température maximale le long de la paroi de la conduite d'échappement en dehors de la zone refroidie. Selon une première caractéristique avantageuse et non limitative de l'invention, lesdites deux parties concentriques sont réalisées en deux matières étanches aux gaz. Ce joint assure alors également l'étanchéité de l'assemblage du support 20 de la buse sur la conduite d'échappement. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, la partie centrale en matière thermiquement conductrice est réalisée dans un alliage comportant au moins un métal. Avantageusement alors, ledit alliage comprend du cuivre. 25 Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, la partie périphérique en matière thermiquement isolante est réalisée en mica. D'autres caractéristiques avantageuses de l'invention sont les suivantes : - le joint présente une épaisseur comprise entre 1 et 2 mm ; - le joint présente une forme d'anneau circulaire de forme aplatie ; 30 - le joint présente une dimension maximale comprise entre 7 et 15 cm ; - l'ouverture centrale du joint présente un diamètre compris entre 8 et 12 mm; - la partie centrale en matière thermiquement conductrice du joint présente une largeur comprise entre 1 et 3 cm. 35 Ces caractéristiques assurent que le joint de protection thermique est efficace. On propose également selon l'invention un dispositif de refroidissement d'une buse d'injection traversant une paroi d'une conduite d'échappement d'un moteur à combustion interne, comportant - un support qui comprend une face de fixation à la paroi de la conduite d'échappement, un logement, destiné à loger ladite buse d'injection, qui débouche sur ladite face de fixation, et un circuit de circulation d'un liquide de refroidissement s'étendant à proximité dudit logement, - un joint de protection thermique tel que défini précédemment, appliqué sur ladite face de fixation de telle sorte que son ouverture centrale coïncide avec le débouché dudit logement. On propose également selon l'invention, une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne, comportant une conduite d'échappement dont la paroi présente une ouverture traversée par le nez d'une buse d'injection logée dans un dispositif de refroidissement tel que défini précédemment, ce dispositif de refroidissement étant fixé sur la paroi de la conduite d'échappement de sorte que ledit joint de protection thermique est appliqué contre ladite paroi de la conduite d'échappement autour de l'ouverture de cette paroi. On propose enfin un moteur à combustion interne comportant une telle ligne d'échappement. DESCRIPTION DÉTAILLÉE D'UN EXEMPLE DE RÉALISATION La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. Sur les dessins annexés : - la figure 1 est une vue schématique des différents organes d'un moteur 25 à combustion interne comportant une buse d'injection de carburant additionnelle sur la ligne d'échappement; et - la figure 2 est une vue de détail du nez de la buse d'injection additionnelle de la figure 1 dans un dispositif de refroidissement selon l'invention fixé sur la paroi de la conduite d'échappement. 30 Sur la figure 1, on a représenté un moteur Diesel suralimenté comportant une chambre de combustion 23 alimentée en air frais par une ligne d'admission 300 et débouchant en aval sur une ligne d'échappement 400. La ligne d'admission 300 comporte une conduite d'admission 4 dans laquelle circule de l'air frais. Le débit d'air frais est mesuré en entrée de la 35 conduite d'admission 4 par un débitmètre d'air 1. Le moteur comprend un turbocompresseur 14 comportant deux turbines 2, 9. La turbine entraînante 9 est placée dans une conduite d'échappement 70 et entraîne la turbine entraînée 2 placée dans la conduite d'admission 4 afin de comprimer l'air frais y circulant. Cette compression ayant pour effet de réchauffer l'air, il est prévu sur le trajet de la conduite d'admission 4, un refroidisseur d'air 3 qui refroidit l'air en 5 sortie du turbocompresseur 14. La conduite d'admission 4 débouche dans un collecteur 6. Elle comporte en amont de ce collecteur 6 un volet d'admission 5. L'orientation du volet d'admission 5 par rapport à l'axe de la conduite d'admission 4 contrôle le débit d'air frais entrant dans le collecteur 6. 10 Le collecteur 6 est relié à une valve d'admission 21 d'un cylindre 20 du moteur. L'air comprimé entre via cette valve d'admission 21 dans une chambre de combustion 23 du cylindre 20 et il est prévu un injecteur 8 qui injecte le carburant dans cette chambre. Après la combustion, les gaz résiduels d'échappement sont expulsés 15 hors de la chambre de combustion 23 par une valve d'échappement 22 dans la conduite d'échappement 70 de la ligne d'échappement 400. Une partie de ces gaz d'échappement est prélevée par un circuit de recirculation 17 qui les ramène, après passage par un refroidisseur d'air 15, au collecteur 6 où ils se mélangent à l'air frais arrivant de la conduite d'admission 4. 20 L'apport de gaz d'échappement dans le collecteur 6 est régulé par une vanne 13 dite EGR (Exhaust Gaz Recirculation). Les gaz d'échappement qui ne sont pas dirigés dans la conduite de recirculation 17 circulent dans la conduite d'échappement 70 pour arriver à la turbine entraînante 9 du turbocompresseur 14. Ils traversent ensuite un catalyseur 25 11 et un filtre à particules 12 de la ligne d'échappement 400 avant d'être libérés dans l'atmosphère. Le moteur comporte avantageusement une unité de commande électronique (UCE) 30 qui commande l'actionnement du volet d'admission 5 et de la vanne EGR 13 pour réguler le débit d'air dans le collecteur 6 et donc la quantité 30 d'air introduite dans la chambre de combustion. L'unité de commande électronique 30 commande également la quantité de carburant injectée par l'injecteur 8 dans la chambre de combustion ainsi que le moment de cette injection. Afin d'améliorer la dépollution des gaz d'échappement, une buse 35 d'injection additionnelle 100, logée dans un dispositif de refroidissement 200, traverse la paroi 50 de la conduite d'échappement 70 en amont du catalyseur 11 et du filtre à particules 12. Cette buse d'injection 100 est ici placée en aval du turbocompresseur 14. Alternativement, la buse d'injection 100 peut être placée en amont du turbocompresseur 14 sur la ligne d'échappement 400. L'injection de carburant directement dans la conduite d'échappement 70 5 grâce à la buse d'injection 100 est également commandée par l'unité centrale électronique 30. Comme représenté sur la figure 2, la buse d'injection 100 est maintenue dans un logement 62 d'un support 60 qui est refroidi par la circulation d'un liquide de refroidissement dans des noyaux 61. 10 La buse d'injection 100 est fixée dans ce support 60 de manière classique, par exemple à l'aide d'une bride d'injecteur. Le liquide de refroidissement provient du circuit de refroidissement du moteur à combustion interne ou d'un circuit annexe. La température de ce liquide est maintenue basse grâce à un échangeur (non représenté). Ce liquide de 15 refroidissement peut par exemple être de l'eau glycolée. Le logement 62 qui loge la buse d'injection 100 , comporte une ouverture 64 placée en regard d'une ouverture 53 de la paroi 50 de la conduite d'échappement 70. La buse d'injection 100 présente un nez 102 dont la paroi 103 est percée 20 de plusieurs orifices 101 d'injection dont un seul est représenté sur la figure 2, à travers lesquels le carburant est injecté. Le nez 102 de la buse d'injection 100 s'étend au-delà de l'ouverture 64 du logement 62, à proximité de l'ouverture 53 dans la paroi 50 de la conduite d'échappement 70. Il est situé de préférence légèrement en retrait par rapport à 25 cette paroi 50 de la conduite d'échappement 70, de façon à ce qu'il ne se trouve pas directement en contact avec les gaz d'échappement très chauds de la conduite d'échappement 70, mais assez près de l'ouverture 53 pour qu'un jet de carburant 104 injecté par l'un des orifices 101 d'injection du nez 102 de la buse d'injection 100 pénètre dans la conduite d'échappement 70 à travers cette 30 ouverture 53. Selon l'invention, un joint de protection thermique 40 est intercalé entre le support 60 refroidi de la buse d'injection 100 et la paroi 50 de la conduite d'échappement 70. Le dispositif de refroidissement 200 de la buse d'injection 100 comporte 35 donc ce joint 40 ainsi que le support 60 refroidi. Ce dispositif de refroidissement 200 est fixé sur la paroi 50 de la conduite d'admission 70, par exemple par deux goujons 52 soudés sur une face externe de la paroi 50 de la conduite d'échappement 70 et traversant le joint 40 et une partie du support 60. La fixation du joint 40 entre le support 60 et la paroi 50 de la conduite d'échappement 70 est assurée par le serrage d'un écrou 51 autour de chaque goujon 52 contre ladite partie du support 60 traversée par le goujon 52 correspondant. Alternativement, le dispositif de refroidissement 200 peut être fixé par tout autre moyen sur la paroi 50 de la conduite d'échappement 70, par exemple au moyen de vis de fixation. Le joint 40 présente une face supérieure 46 appliquée sur une face de fixation 63 du support 60 orientée vers la conduite d'échappement 70 après fixation du dispositif de refroidissement 200, et une face inférieure 47 appliquée sur la paroi 50 de la conduite d'échappement 70. Le joint 40 présente ici une forme d'anneau circulaire, avec un bord périphérique externe 49 et un bord interne 48 qui délimite une ouverture centrale 43. Alternativement, on peut envisager une forme d'anneau ovale pour le joint, avec une ouverture centrale 43 circulaire ou ovale. Ce joint 40 est placé de telle sorte que son ouverture centrale 43 coïncide avec, d'une part, l'ouverture 64 du logement 62, et, d'autre part, l'ouverture 53 de la paroi 50 de la conduite d'échappement 70. L'ouverture centrale 43 du joint 40 et l'ouverture 53 de la paroi 50 dè la conduite d'échappement 70 prolongent ainsi le logement 62 du support 60 de la buse d'injection 100, de sorte que le nez de la buse se situe sensiblement dans l'ouverture centrale 43 du joint 40. L'ouverture centrale 43 du joint 40 présente un diamètre Dl compris de préférence entre 8 et 12 mm. Ce diamètre est de préférence sensiblement égal à celui de l'ouverture 53 de la paroi 50 de la conduite d'échappement 70 et de l'ouverture 64 du logement 62 du support 60. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le 30 joint 40 comporte deux parties 41, 42 concentriques réalisées dans deux matières différentes. Une partie centrale 42 longe le bord interne 48 du joint 40. Cette partie centrale 42 est réalisée dans une matière thermiquement conductrice, par exemple dans un alliage de cuivre. 35 Alternativement, on peut envisager de réaliser cette partie centrale 42 dans tout alliage de conductivité thermique élevée. Cette partie centrale 42 présente de préférence une largeur D2 comprise entre 1 et 3 cm, par exemple 2 cm. Cette largeur D2 est choisie de telle sorte que la partie centrale 42 du joint 40 se situe à proximité des noyaux 61 où circule le liquide de refroidissement du support 60. Ainsi, la partie centrale 42 du joint 40 est efficacement refroidie au contact du support 60. Une partie périphérique 41 du joint 40 entoure la partie centrale 42 et longe le bord périphérique externe 49 du joint 40. Cette partie périphérique 41 est réalisée dans une matière thermiquement isolante, comme le mica. Alternativement, la partie périphérique 41 peut être réalisée dans toute matière thermiquement isolante. Les deux matières utilisées pour réaliser la partie centrale 42 et la partie périphérique 41 du joint 40 sont ici de préférence étanches aux gaz de sorte que le joint 40 assure également l'étanchéité de l'assemblage du dispositif de refroidissement 200 sur la paroi 50 de la conduite d'échappement 70. Cette partie périphérique 41 présente de préférence une largeur D3 comprise entre 2 et 4 cm, par exemple 3 cm. Cette largeur D3 est choisie de préférence de façon à ce que le joint 40 puisse être traversé par les mêmes goujons 52 que le support 60 sur la paroi 50 de la conduite d'échappement 70. Ici, le joint 40 couvre entièrement la face de fixation 63 du support 60 afin de limiter au mieux les échanges thermiques entre le support 60 et la paroi 50 de la conduite d'échappement. La dimension maximale D du joint 40 mesurée selon son plus grand diamètre, ici par exemple entre les deux zones du joint 40 traversées par les goujons 52, est typiquement comprise entre 7 et 15 cm. L'épaisseur E2 de la partie centrale 42 et l'épaisseur E2 de la partie périphérique 41 du joint 40 sont de préférence égales, et comprises typiquement entre 1 et 2 mm, par exemple 1,3 mm. Les faces supérieure 46 et inférieure 47 du joint 40 sont donc ici planes. Alternativement, chaque face supérieure et inférieure du joint peut présenter une géométrie quelconque pour autant qu'elle reste complémentaire respectivement de la face de fixation du support et de la paroi de la conduite d'échappement en contact. En variante par exemple, les deux parties centrale et périphérique peuvent ne pas être de la même épaisseur, et la partie centrale peut présenter une épaisseur plus faible que l'épaisseur de la partie périphérique, de telle sorte que la face supérieure du joint présente un décroché au niveau d'une jonction entre la partie centrale et la partie périphérique du joint, alors que la face inférieure du joint est plane. Le support refroidi présente alors un renflement adapté à coopérer avec le décroché ainsi formé, de telle sorte que le support et la partie centrale du joint sont toujours parfaitement en contact après fixation du dispositif de refroidissement sur la paroi de la conduite d'échappement. Les hauteurs du décroché du joint et du renflement correspondant dans le support sont alors choisies de telle sorte que la partie centrale du joint soit toujours parfaitement en contact avec le support après la fixation du dispositif de refroidissement, même si un jeu existe entre le joint et le support avant cette fixation. Ce jeu n'affecte alors que la partie périphérique du joint et permet la formation d'une couche d'air entre le support et la partie périphérique du joint. Cette couche d'air renforce les propriétés isolantes de cette partie périphérique du joint et ne nuit pas à la mise en oeuvre de l'invention. Alternativement, la partie centrale peut présenter une épaisseur plus grande que l'épaisseur de la partie périphérique, de telle sorte que la face supérieure du joint présente un décroché au niveau d'une jonction entre la partie centrale et la partie périphérique du joint, alors que la face inférieure du joint est plane. Cette géométrie du joint assure que la partie centrale de ce joint et le support sont parfaitement en contact. Alternativement, on peut prévoir que le support refroidi présente alors de 20 préférence un renflement adapté à coopérer avec le décroché. Quelles que soient les conditions de mise en oeuvre de l'invention, la partie centrale 42 du joint 40 proche du nez 102 de la buse d'injection 100 est efficacement refroidie au contact du support 60 refroidi par la circulation du liquide de refroidissement. 25 Les échanges thermiques étant favorisés au contact de la partie centrale 42 du joint 40, les températures de la paroi 50 de la conduite d'échappement 70 et des gaz d'échappement chutent dans une zone refroidie 71 de la conduite d'échappement 70 au voisinage de l'ouverture 53 de la paroi 50 de la conduite d'échappement 70 et de la partie centrale 42 du joint 40. 30 Le nez 102 de la buse d'injection 100 est ainsi maintenu à une température adéquate, c'est-à-dire la plus basse possible, inférieure de préférence à 160°C et dans tous les cas inférieure à 220°C. L'étendue de la zone refroidie 71 est très limitée. En effet, la partie périphérique 41 du joint 40 isole la paroi 50 de la conduite d'échappement 70 et 35 évite le refroidissement de la conduite d'échappement 70 au-delà de cette zone refroidie 71. Ainsi, le nez 102 de la buse d'injection 100 est refroidi, mais la 10 température de la conduite d'échappement 70 est maintenue maximale, entre 400 et 650°C environ, ce qui assure une bonne vaporisation du jet de carburant 104. La présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit. La taille, la forme et la géométrie de la surface du joint peuvent notamment être ajustées afin de s'adapter à la buse d'injection et à la paroi de la conduite d'échappement pour optimiser l'efficacité du joint. REVENDICATIONS 1. Joint (40) de protection thermique comportant un bord périphérique extérieur et un bord intérieur qui délimite une ouverture centrale (43), caractérisé en ce qu'il comporte deux parties concentriques réalisées en deux matières distinctes, une partie centrale (42) en matière thermiquement conductrice qui longe ledit bord intérieur et une partie périphérique (41) en matière thermiquement isolante qui longe ledit bord périphérique extérieur. 2. Joint (40) de protection thermique selon la revendication précédente, dans lequel lesdites deux parties concentriques sont réalisées en deux matières étanches aux gaz. 3. Joint (40) de protection thermique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la partie centrale (42) en matière thermiquement conductrice est réalisée dans un alliage comportant au moins un métal. 4. Joint (40) de protection thermique selon la revendication précédente, dans lequel ledit alliage comprend du cuivre. 5. Joint (40) de protection thermique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la partie périphérique (41) en matière thermiquement isolante est réalisée en mica. 6. Joint (40) de protection thermique selon l'une des revendications précédentes, présentant une épaisseur (E1) comprise entre 1 et 2 mm. 7. Joint (40) de protection thermique selon l'une des .revendications précédentes, présentant une forme d'anneau circulaire de forme aplatie. 8. Joint (40) de protection thermique selon l'une des revendications précédentes, présentant une dimension maximale (D) comprise entre 7 et 15 cm. 9. Joint (40) de protection thermique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'ouverture centrale (43) présente un diamètre (Dl) compris entre 8 et 12 mm. 10. Joint (40) de protection thermique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la partie centrale (42) de haute conductivité thermique présente une largeur (D2) comprise entre 1 et 3 cm. 11. Dispositif de refroidissement (200) d'une buse d'injection (100) traversant une paroi (50) d'une conduite d'échappement (70) d'un moteur à combustion interne, comportant - un support (60) qui comprend une face de fixation (63) à la paroi (50) de la conduite d'échappement (70), un logement (62), destiné à loger ladite buse d'injection (100), qui débouche sur ladite face de fixation (63), et un circuit decirculation d'un liquide de refroidissement s'étendant à proximité dudit logement (62), - un joint (40) de protection thermique selon l'une des revendications précédentes, appliqué sur ladite face de fixation (63) de telle sorte que l'ouverture centrale (43) dudit joint (40) coïncide avec le débouché (64) dudit logement (62). 12. Ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne, comportant une conduite d'échappement (70) dont la paroi (50) présente une ouverture (53) traversée par le nez (102) d'une buse d'injection (100) logée dans un dispositif de refroidissement (200) selon la revendication précédente, ce dispositif de refroidissement (200) étant fixé sur la paroi (50) de la conduite d'échappement (70) de sorte que ledit joint (40) de protection thermique est appliqué contre ladite paroi (50) de la conduite d'échappement (70), autour de l'ouverture (53 ) de cette paroi (50). 13. Moteur à combustion interne comportant une ligne d'échappement (70) selon la revendication précédente.